Lixiviación en pilas

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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. Similar a la minería in situ , la minería en pilas se diferencia en que coloca el mineral en un revestimiento y luego agrega los productos químicos a través de sistemas de goteo al mineral, mientras que la minería in situ carece de estos revestimientos y extrae la solución cargada 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 cubas. ^[1]

Además, la lixiviación en vertederos 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 botaderos tiene sobre el proceso minero, es decir que puede contribuir sustancialmente a la viabilidad económica del proceso minero, resulta ventajoso incluir los resultados de la operación de lixiviación en la evaluación económica global del proyecto. ^[2]

El proceso tiene orígenes antiguos; uno de los métodos clásicos para la fabricación de cobre (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 se tritura generalmente en trozos pequeños y se amontona en una plataforma de lixiviación revestida de arcilla o plástico impermeable donde se puede regar con una solución de lixiviación para disolver los metales valiosos. Si bien ocasionalmente se utilizan aspersores para el riego, las operaciones más a menudo 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 demora de uno o dos meses para minerales de óxido simple (por ejemplo, la mayoría de los minerales de oro) a dos años para los minerales de laterita de níquel . Luego, la solución de lixiviación que contiene los minerales disueltos se recolecta, se trata en una planta de procesamiento para recuperar el mineral objetivo y, en algunos casos, precipitar otros minerales, y se recicla al montón después de que se ajustan los niveles de reactivo. La recuperación final del mineral objetivo puede variar desde el 30% de minerales de cobre sulfurados lixiviados en vertederos de mina hasta más del 90% para los minerales que son más fáciles de lixiviar, algunos minerales de oro oxidado.

Las preguntas esenciales a abordar durante el proceso de lixiviación en pilas son: ^[4]

• ¿Puede justificarse la inversión en triturar el mineral por el potencial aumento en la recuperación y la tasa de recuperación?
• ¿Cómo se debe alterar la concentración de ácido a lo largo del tiempo para producir una solución que pueda tratarse de manera económica?
• ¿Cómo afecta la forma de un montón al grado de recuperación y solución?
• En cualquier conjunto de circunstancias, ¿qué tipo de recuperación se puede esperar antes de que la calidad de la solución de lixiviación caiga por debajo de un límite crítico?
• ¿Qué recuperación (medida cuantificable) se puede esperar?

En los últimos años, la incorporación de un tambor de aglomeración ha mejorado el proceso de lixiviación en pilas, al permitir una lixiviación más eficiente. El aglomerador de tambor rotatorio funciona tomando los finos de mineral triturado y aglomerándolos en partículas más uniformes. Esto hace que sea mucho más fácil que la solución de lixiviación se filtre a través de la pila, abriéndose paso 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 de mineral para lograr una mezcla más concentrada y homogénea y permitir que la lixiviación comience antes del montón. ^[5]

Si bien el diseño de la lixiviación en pilas ha avanzado significativamente en los últimos años gracias al uso de nuevos materiales y herramientas analíticas mejoradas, la experiencia industrial demuestra que existen beneficios significativos al extender el proceso de diseño más allá del revestimiento y hasta la propia pila 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:

• Relación entre la altura del montón y la densidad aparente del mineral (perfil de densidad)
• Relación entre la densidad aparente y la capacidad de percolación (perfil de conductividad)
• Relación entre la densidad aparente, la porosidad y sus componentes (micro y macro)
• Relación entre el contenido de humedad y la capacidad de percolación (curva de conductividad)
• La relación entre los parámetros antes mencionados y las prácticas de preparación del mineral (extracción, trituración, aglomeración, curado y método de colocación).

El análisis teórico y numérico, 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. El descarte de estos mecanismos puede dar lugar a una serie de problemas prácticos y financieros que resonarán durante toda la vida útil de la pila 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 a través del monitoreo 3D en tiempo real, se obtiene una caracterización representativa más completa de las propiedades fisicoquímicas del entorno de la pila. Esta mejor comprensión da como resultado un grado significativamente mayor de precisión en términos de crear una muestra verdaderamente representativa del entorno dentro de la pila. ^[6]

Al adherirse a la caracterización identificada anteriormente, se puede lograr una visión más integral de los entornos de lixiviación en pilas, lo que permite 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 de cianuro alcalino diluido . La solución que contiene los metales preciosos disueltos en una solución preñada continúa percolando 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 preñada, la solución de cianuro diluida (ahora llamada "solución estéril") normalmente se reutiliza en el proceso de lixiviación en pilas o, ocasionalmente, se envía a una planta de tratamiento de agua industrial donde se trata el cianuro residual y se eliminan los metales residuales. En áreas con precipitaciones muy altas, como los trópicos, en algunos casos hay un excedente de agua que luego se descarga al medio ambiente, después del tratamiento, lo que plantea una posible contaminación del agua si el tratamiento no se lleva a cabo correctamente. ^{[ cita requerida ]}

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:

${\displaystyle {\ce {{Au+ (s)}+ 2CN^- (aq) -> Au(CN)2^- (aq)}}}$

La recuperación del oro se logra fácilmente con una reacción redox :

${\displaystyle {\ce {{2Au(CN)2^{-}(aq)}+Zn(s)->{Zn(CN)4^{2}-(aq)}+2Au(s)}}}$

Los métodos más comunes para extraer el oro de una solución son el uso de carbón activado para absorberlo selectivamente o el proceso Merrill-Crowe, en el que se añade polvo de zinc para provocar la 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 mencionado anteriormente, excepto que se utiliza ácido sulfúrico para disolver el cobre de sus minerales. El ácido se recicla desde el 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) , 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 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 los Estados Unidos.

Aunque la lixiviación en pilas es un proceso de bajo costo, normalmente tiene tasas de recuperación de 60-70%. Normalmente es más rentable con minerales de baja calidad. Los minerales de mayor calidad suelen someterse a procesos de molienda más complejos, en los que las recuperaciones más altas 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 en pilas con ácido, como el método del cobre, en el que se utiliza ácido sulfúrico en lugar de una solución de cianuro para disolver los minerales de interés del mineral triturado. La cantidad de ácido sulfúrico necesaria es mucho mayor que para los minerales de cobre, hasta 1.000 kg de ácido por tonelada de mineral, pero lo más común es utilizar 500 kg. El método fue patentado originalmente por la minera australiana BHP y lo comercializan Cerro Matoso en Colombia, una subsidiaria de propiedad absoluta de BHP; Vale en Brasil; y European Nickel para los depósitos de laterita de roca de Turquía, la mina Talvivaara en Finlandia, los Balcanes y las Filipinas. Actualmente no hay operaciones de lixiviación en pilas de laterita de níquel en escala comercial, pero hay una HL de sulfuro en funcionamiento en Finlandia.

La recuperación de níquel a partir de las soluciones de lixiviación es mucho más compleja que la del cobre y requiere varias etapas de eliminación de hierro y magnesio, y el proceso produce tanto residuos de mineral lixiviado ("ripios") como precipitados químicos de la planta de recuperación (principalmente residuos de óxido de hierro, sulfato de magnesio 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 precipitado de hidróxido de níquel (NHP) o precipitado de hidróxido de metal mixto (MHP), que luego se someten a una fundición convencional para producir níquel metálico.

Similar a la lixiviación en pilas de óxido de cobre, también se utiliza ácido sulfúrico diluido. Rio Tinto comercializa 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 una torta amarilla y requiere un importante procesamiento adicional para producir un alimento apto para combustible.

Si bien la mayoría de las compañías mineras han pasado de un método de aspersión previamente aceptado a la percolación de productos químicos seleccionados que gotean lentamente, incluido el cianuro o el ácido sulfúrico, más cerca del lecho de mineral real, ^[9] las plataformas de lixiviación en pilas no han cambiado demasiado a lo largo de los años. Todavía hay cuatro categorías principales de plataformas: convencional, lixiviación en vertedero, rellenos de valles y plataformas de encendido/apagado. ^[10] Por lo general, cada plataforma solo tiene un solo revestimiento de geomembrana para cada plataforma, con un espesor mínimo de 1,5 mm, generalmente más grueso.

Las plataformas convencionales, de diseño más simple, se utilizan para áreas mayormente planas o suaves y contienen capas más delgadas de mineral triturado. Las plataformas de lixiviación de vertedero contienen más mineral y, por lo general, pueden soportar un terreno menos plano. Los rellenos de valle son plataformas ubicadas en el fondo o en los niveles de los valles que pueden contener todo lo que cae en ellas. Las plataformas de encendido y apagado implican colocar cargas significativamente mayores en las plataformas y retirarlas y volver a cargarlas después de cada ciclo.

Muchas de estas minas, que antes tenían profundidades de excavación de unos 15 metros, están excavando más profundamente 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 soportar pesos mayores debido a que más mineral triturado se contiene en un área más pequeña (Lupo 2010). ^[11] Con ese aumento en la acumulación viene 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 aún tiene el potencial de provocar perforaciones en el revestimiento. A partir de 2004, las telas de amortiguación, que podrían reducir las posibles perforaciones y sus fugas, todavía estaban siendo debatidas debido a su tendencia a aumentar los riesgos si se colocaba demasiado peso en una superficie demasiado grande sobre la amortiguación (Thiel y Smith 2004). ^[12] Además, algunos revestimientos, según su composición, pueden reaccionar con las sales del suelo y con el ácido de la lixiviación química, lo que afecta el éxito del revestimiento. Esto puede aumentar con el tiempo. ^{[ cita requerida ]}

La minería por lixiviación en pilas funciona bien para grandes volúmenes de minerales de baja calidad, ya que se requiere un tratamiento metalúrgico reducido (conminución) del mineral para extraer una cantidad equivalente de minerales en comparación con la molienda. Los costos de procesamiento significativamente reducidos se compensan con el rendimiento reducido, que suele ser de aproximadamente el 60-70%. El impacto ambiental general causado por la lixiviación en pilas suele ser menor que el de las técnicas más tradicionales. ^{[ cita requerida ]} También requiere un menor consumo de energía para utilizar este método, que muchos consideran una alternativa ambiental.

En los Estados Unidos, la Ley General de Minería de 1872 otorgó derechos para explorar y explotar minas en tierras de dominio público ; la ley original no exigía la recuperación posterior a la explotación minera (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. Se requieren bonos de recuperación. ^[13] La minería en tierras federales, estatales o privadas 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 las tierras que serán explotadas (Woody et al. 2011).

Con el auge del movimiento ambientalista también ha aumentado la apreciación de 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 objeto de injusticias, ya que su medio ambiente se ve afectado por los cambios realizados en las tierras minadas, ya sean públicas o privadas, que podrían eventualmente conducir a problemas en la estructura social, la identidad y la salud física (Franks 2009). ^[14] Muchos ^{[¿ quiénes? ]} han argumentado que al hacer circular el poder de la mina entre los ciudadanos locales, este desacuerdo puede aliviarse, ya que ambos grupos de interés tendrían voz y comprensión compartidas e iguales en los objetivos futuros. Sin embargo, a menudo es 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 sociedad locales, es más probable que toleren y fomenten los beneficios positivos que vienen con la minería, así como que promuevan de manera más efectiva métodos alternativos a la minería por lixiviación en pilas utilizando su conocimiento íntimo de la geografía local (Franks 2009).

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• La lixiviación en pilas de agua subterránea es un importante problema de salud según la escuela de ingeniería del Instituto Politécnico Rensselaer
• Sitio web oficial de European Nickel PLC
• Anuario de minerales del USGS 2005: níquel