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 depósito de mineral . Se puede utilizar fracturación explosiva o hidráulica para crear caminos abiertos en el depósito para que penetre la solución. La solución lixiviante se bombea al depósito donde entra en contacto con el mineral. Luego, la solución que contiene el contenido de mineral disuelto se bombea a la superficie y se procesa. Este proceso permite la extracción de metales y sales de un yacimiento sin la necesidad de una minería convencional que implique perforación y voladura , minería a cielo abierto o subterránea .
La minería de lixiviación in situ implica el bombeo de un lixiviante al yacimiento 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 depósito de mineral: en el caso de los depósitos de sal, el lixiviado puede ser agua dulce en la que las sales se pueden disolver fácilmente. Para el cobre, generalmente se necesitan ácidos para mejorar la solubilidad de los minerales dentro de la solución. Para 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 gema (halita) , cloruro de sodio y sulfato de sodio . Se ha utilizado en el estado estadounidense de Colorado para extraer nahcolita ( 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 extraer uranio, representando el 45 por ciento del uranio extraído en todo el mundo en 2012. [2]
Las soluciones utilizadas para disolver el mineral de uranio son ácidas ( ácido sulfúrico o menos comúnmente ácido nítrico ) o carbonato ( bicarbonato de sodio , carbonato de amonio o dióxido de carbono disuelto ). A veces se añade oxígeno disuelto al agua para movilizar el uranio. [3] La ISL de minerales de uranio comenzó en los Estados Unidos y la Unión Soviética a principios de los años 1960. El primer ISL de uranio en EE.UU. estuvo en Shirley Basin , en el estado de Wyoming , y operó entre 1961 y 1970 utilizando ácido sulfúrico. Desde 1970, todas las minas ISL a escala comercial en Estados Unidos han utilizado soluciones de carbonato . [4] [3] La minería ISL en Australia utiliza soluciones ácidas. [5]
La recuperación in situ implica la extracción de agua que contiene uranio (con una concentración tan baja como 0,05 %, o 500 ppm, U 3 O 8 ). Luego, la solución de uranio extraída se filtra a través de perlas de resina. [3] Mediante un proceso de intercambio iónico, las perlas de resina atraen el uranio de la solución. Las resinas cargadas de uranio se transportan luego a una planta de procesamiento, donde se separa el U 3 O 8 de las perlas de resina y se produce la torta amarilla . Luego, las perlas de resina pueden devolverse a la instalación de intercambio iónico, donde se reutilizan.
A finales de 2008 había cuatro [6] minas de uranio de lixiviación in situ operando en Estados Unidos , operadas por Cameco , Mestena y Uranium Resources, Inc., todas usando bicarbonato de sodio. ISL produce el 90 % del uranio extraído en EE.UU. En 2010, Uranium Energy Corporation inició 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 desafíos económicos del proyecto basados en $45,00 U 3 O 8 . En 2009 también estaba en funcionamiento un proyecto de recuperación de ISR .
En Kazajstán y Australia operan importantes minas de ISL .
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. [9]
Los chinos realizaron la lixiviación de cobre in situ en el año 907 d.C., y quizás ya en el 177 a.C. [4] El cobre generalmente se lixivia usando ácido ( ácido sulfúrico o ácido clorhídrico ) y luego se recupera de la solución mediante extracción electromagnética con solventes (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 de cuprita y el sulfuro de calcocita, pueden requerir la adición de agentes oxidantes como sulfato férrico y oxígeno al lixiviado antes de que los minerales se disuelvan. Los minerales con mayor contenido de sulfuro, como la bornita y la calcopirita , requerirán más oxidantes y se disolverán más lentamente. A veces, la oxidación es acelerada por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans , que se alimenta de compuestos de sulfuro.
La ISL de cobre a menudo se realiza mediante lixiviación en rebajes , en la que el mineral roto de baja ley se lixivia en una mina subterránea convencional actual o anterior. La lixiviación puede tener lugar en tajeos rellenos o en zonas hundidas. En 1994, se informó de lixiviación de cobre en 16 minas de Estados Unidos.
En la mina San Manuel [10] en el estado estadounidense de Arizona , inicialmente se utilizó ISL para recolectar la solución resultante bajo tierra, pero en 1995 se convirtió a 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 ha sido 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 mineral de oro in situ en la mina Ajax en el distrito de Cripple Creek en Estados Unidos, utilizando una solución de cloruro y yoduro . Después de obtener malos resultados, quizás debido al complejo mineral de telururo , se detuvo la prueba. [11]
Según la Organización Nuclear Mundial:
En los EE.UU., la legislación exige que se restablezca la calidad del agua en el acuífero afectado para permitir su uso previo a la minería. Por lo general, se trata de agua potable o agua almacenada (generalmente menos de 500 ppm de sólidos disueltos totales) y, aunque no todas las características químicas pueden recuperarse antes de la extracción, el agua debe poder utilizarse para los mismos fines que antes. A menudo es necesario tratarlo mediante ósmosis inversa, lo que genera un problema a la hora de eliminar la corriente de salmuera concentrada.
En una operación minera de uranio de ISL se aplican las salvaguardias habituales contra la radiación, a pesar de que la mayor parte de la radiactividad del yacimiento permanece bajo tierra y, por lo tanto, hay un aumento mínimo en la liberación de radón y no hay polvo de mineral. Los empleados son monitoreados para detectar contaminación por radiación alfa y se usan dosímetros personales para medir la exposición a la radiación gamma. Se llevan a cabo controles de rutina de la contaminación del aire, el polvo y las superficies. [12]
Las ventajas de esta tecnología son:
Después de terminar una operación de lixiviación in situ, los lodos residuales producidos deben eliminarse de manera segura y el acuífero, contaminado por las actividades de lixiviación, debe restaurarse. La restauración de aguas subterráneas es un proceso muy tedioso que aún no se comprende completamente. [ cita necesaria ]
Los mejores resultados se han obtenido con el siguiente esquema de tratamiento, que consta de una serie de pasos diferentes: [13] [14]
Pero, incluso con este esquema de tratamiento, varios problemas siguen sin resolverse: [ cita necesaria ]
La mayoría de los experimentos de restauración reportados 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 ácida in situ, el esquema que se aplicó en la mayoría de los casos en Europa del Este. El único sitio de lixiviación in situ occidental restaurado hasta el momento después de la lixiviación con ácido sulfúrico es la pequeña instalación piloto a escala Nine Mile Lake cerca de Casper, Wyoming (EE.UU.). Por lo tanto, los resultados no pueden simplemente transferirse a instalaciones a escala de producción. El esquema de restauración aplicado incluyó los dos primeros pasos mencionados anteriormente. Resultó que fue necesario 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. [15] [16]
En EE. UU., los sitios ISL de Pawnee, Lamprecht y Zamzow en Texas se restauraron utilizando los pasos 1 y 2 del esquema de tratamiento mencionado anteriormente. [17] En estos y otros sitios se han concedido normas relajadas para la restauración de aguas subterráneas, ya que no se pudieron cumplir los criterios de restauración. [ cita necesaria ]
Un estudio publicado por el Servicio Geológico de EE. UU. en 2009 encontró que "hasta la fecha, ninguna remediación de una operación ISR en los Estados Unidos ha logrado devolver el acuífero a sus condiciones iniciales". [18]
Las condiciones de referencia incluyen cantidades comerciales de U 3 O 8 radiactivo . La recuperación eficiente in situ reduce los valores de U 3 O 8 del acuífero. Hablando en un taller de la Región 8 de la EPA , el 29 de septiembre de 2010, Ardyth Simmons, PhD, Laboratorio Nacional de Los Alamos ( Los Alamos, NM ) sobre el tema "Establecimiento de una línea de base y comparación con los valores de restauración en los sitios de recuperación in situ de uranio", declaró: " Estos resultados indicaron que puede ser poco realista que las operaciones ISR restablezcan los acuíferos a su nivel medio, porque en algunos casos, esto significa que tendría que haber menos uranio presente que antes de la extracción. La búsqueda de concentraciones más conservadoras da como resultado una cantidad considerable. del uso del agua, y muchos de estos acuíferos no eran aptos para beber agua antes de que se iniciara la minería". [19]
La EPA está considerando la necesidad de actualizar los estándares de protección ambiental para la minería de uranio porque las regulaciones actuales, promulgadas en respuesta a la Ley de Control de Radiación de Relaves de Molinos de Uranio de 1978, no abordan el proceso relativamente reciente de lixiviación in situ (ISL) de uranio. de yacimientos subterráneos. En una carta de febrero de 2012, la EPA afirma: "Debido a que el proceso ISL afecta la calidad del agua subterránea, la Oficina de Radiación y Aire Interior de la EPA solicitó asesoramiento del Consejo Asesor Científico (SAB) sobre cuestiones relacionadas con el diseño y la implementación del monitoreo del agua subterránea en la minería ISL. sitios."
El SAB hace recomendaciones sobre el monitoreo para caracterizar la calidad del agua subterránea de referencia antes del inicio de las operaciones mineras, el monitoreo para detectar cualquier excursión de lixiviado 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 revisa las ventajas y desventajas de técnicas estadísticas alternativas para determinar si la calidad del agua subterránea postoperacional ha regresado a las condiciones cercanas a las previas a la minería y si se puede predecir que la operación de la mina no impactará negativamente la calidad del agua subterránea después de la aceptación del cierre del sitio. [20]