CONCENTRACION GRAVIMÉTRICA

INTRODUCCION Tal vez la más antigua forma de “concentrar” minerales, es decir, de separar la parte “útil” en un “concentrado”, de la parte “inútil”, o ganga, que constituirá el “relave”, es la concentración gravimétrica, que ya se conocía en tiempo de los egipcios. Se basa en la separación de partículas de diferente forma, tamaño y peso específico, por medio de la fuerza de gravedad (que a veces se encuentra acompañada de la fuerza centrífuga).

Hoy en día, se emplea la técnica de la concentración gravimétrica en el procesamiento de minerales muy pesados y que no responden fácilmente a la flotación; así como de aquellos que presentan tamaños de liberación relativamente gruesos y/o cuando una excesiva conminución puede conducir al lameado y pérdidas de recuperación.

CONCEPTOS GENERALES

CONCENTRACION GRAVIMETRICA

Se basa en la separación de partículas de diferente forma, tamaño y peso específico, por medio de la fuerza de gravedad (que a veces se encuentra acompañada de la fuerza centrífuga).

El principio que explica la concentración por medio de gravedad es el “asentamiento obstaculizado”, es decir, la velocidad mayor o menor de asentamiento partículas de diferente tamaño y peso, en un medio líquido, que contiene a su vez partículas finas del mismo sólido, las cuales obstaculizan o retardan la caída de las partículas que se pretende diferenciar por su velocidad de asentamiento.

Los métodos de separación por gravedad (concentración gravítica o gravimétrica) se usan para tratar una gran variedad de minerales, que varían desde los súlfuros metálicos pesados hasta carbón, en algunos casos con tamaños del orden de los micrones.

En los últimos años, muchas compañías han re-evaluado los sistemas gravimétricos debido al incremento en los costos de los reactivos de flotación, la relativa simplicidad de los proceso gravimétricos y a que producen poca contaminación ambiental.

Actualmente, las técnicas más modernas que se aplican en este tipo de concentración incluyen equipos que aprovechan la fuerza centrífuga para la separación de partículas finas. Entre estas tecnologías modernas se pueden citar las siguientes : el concentrador centrífugo Knelson, el concentrador centrífugo Falcon, el jig centrífugo Kelsey y el Separador de Gravedad Múltiple (MGS) Mozley.

En caso de operaciones en los que la simplicidad del circuito es de ventaja: como “preconcentración” de minerales de baja ley: y cuando su bajo costo energético y su superioridad ecológica pueden ser decisivos. Estos últimos factores convierten a los métodos gravimétricos, ya sean solos o en combinación con otros métodos, en una vía atractiva de tratamiento.

El criterio fundamental, sin embargo, es el peso, o mejor dicho, la relación entre los pesos específicos de la mena y ganga, con la del medio líquido, que se expresa como sigue:

Si dicha razón es el orden de 2.5, la separación es efectiva hasta un tamaño de 100 mallas.si es de 1.5, es posible con dificultad para partículas de ¼”. Partículas de 200 mallas, requieren (con dificultad) valores superiores a 2.5.

Si suponemos una densidad del liquido = 1, y de la ganga =2.5, resulta recomendable que es el valor del criterio de concentración sea = 2.5, con la cual la densidad (mínima recomendable) de la mena pesada resulta de 4.75. Algunas densidades de menas/metales pesados, que están normalmente asociados a procesos gravimétricos, son:

Oro = 1.56/19.3

Casiterita (SnO2) = 6.8/7.1

Galena (PbS) = 7.4/7.6

Plata = 10.5

Magnetita (Fe304) = 5.2 (arenas negras)

Scheelita (CaW04) = 5.9/6.1

MÉTODOS DE SEPARACIÓN POR GRAVEDAD En general, los métodos de separación por gravedad se agrupan en tres categorías principales :

a) Separación por medios densos, en el cual las partículas se sumergen en un baño que contiene un fluido de densidad intermedia, de tal manera que algunas partículas floten y otras se hundan

b) Separación por corrientes verticales, en la cual se aprovechan las diferencias entre velocidades de sedimentación de las partículas pesadas y livianas, como es el caso del jigs.

c) Separación en corrientes superficiales de agua o “clasificación en lámina delgada”, como es el caso de las mesas concentradoras y los separadores de espiral.

EFECTO DEL TAMAÑO DE LA PARTÍCULA

•El movimiento de una partícula dentro de un fluido depende no solamente de su densidad relativa, sino también de su tamaño, así, las partículas grandes serán más afectadas que las pequeñas.

•La eficiencia de los procesos de separación gravimétrica, por lo tanto, aumenta con el tamaño de las partículas. Las partículas pequeñas en las cuales su movimiento es dominado principalmente por la fricción superficial, responden relativamente mal a los métodos de concentración gravimétrica. Sin embargo, los avances conseguidos en los últimos años en nuevos diseños de equipos (concentradores centrífugos), los cuales aprovechan la fuerza centrífuga para la separación del concentrado y las colas, han permitido el tratamiento de partículas finas con una considerable eficiencia.

•En la práctica, es necesario un estrecho control del tamaño de la alimentación a los equipos gravimétricos, para reducir el efecto del tamaño y hacer que el movimiento relativo de las partículas dependa de la densidad de ellas.

EQUIPOS DE CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA

Se comprende fácilmente que mientras mayor sea la diferencia entre densidades de menas pesadas vs. ganga, y entre éstas y la densidad del líquido, el proceso será más eficiente. Los principales equipos de concentración gravimétrica (más comúnmente usados en la industria minera), son:

◦ Jigs (para tamaños mayores de ¼”) ◦ Mesas vibratorias (para tamaños 1” x 100m.) ◦ Conos y espirales Reichard (tamaños + 10m y -100m) ◦ Separadores especiales, centrífugos (Knelson, Falcon)

JIGS Estos equipos, generalmente aplicados para separaciones en tamaños de -1” + ¼”, se usan como pre-concentradores, y a veces en circuitos de molienda, para recuperar oro, o galena gruesas, tan pronto sean liberados.

Se distinguen porque combinan el asentamiento obstaculizado gravitacional de las partículas con un movimiento de pulsación que se imparte a la pulpa por medio de un diafragma, un pistón o una válvula de admisión de agua intermitente.

Las partículas pesadas, que se asientan por la acción conjunta de la gravedad y de la aceleración de flujo pulsante, penetran y percolan a través de una cama densa formada por partículas pesadas de gran tamaño, o partículas de material distinto (“ragging”), sobre una parrilla fija (“screen”), colocada encima de la cámara de acumulación de concentrado (“hutch”).

Esquema de un Jig y una canaleta Sluice

Detalles de diseño de los jigs comprenden: velocidad y amplitud de pulsación.caudal de agua agregada extracción del concentrado fino y grueso.recuperación de agua (pulpas tratadas en un jig son generalmente muy diluidas, densidad aproximada = 1.05, de modo que es necesario desaguar concentrados y relaves, recuperando el máximo posible de aguaadecuada preparación/clasificación de la alimentación.

En muchas instalaciones de concentración gravimétrica, los jigs están ubicados a continuación de las chancadoras (que a veces incluyen una chancadora de rodillos, ya que este tipo produce un mínimo de “finos”).

La alimentación de los jigs a menudo es clasificada previamente por tamaño, para asegurar que cada máquina reciba una alimentación de un mismo rango granulométrico, ya que la velocidad de asentamiento obstaculizado es función del “peso” de las partículas, es decir, tanto de densidad como de su volumen/tamaño.

Los concentrados de jig pueden ser productos finales, aunque a veces necesitan molienda, antes de ser sometidos a limpieza final. Los relaves de jig son remolidos, en molino de barras (para minimizar producción de “finos”), y luego de clasificación deslamada, se prosigue el tratamiento de los finos en mesas o espirales.

Jig Tipo Denver

MESAS VIBRATORIAS

La mesa vibratoria es una cubierta de forma rectangular o romboidal, provista de “rifles” o listones siguiendo de eje mayor. Dicha mesa se encuentra en posición casi horizontal, con una pequeña inclinación en sentido del movimiento de la pulpa, según su eje mejor, y está dotado de un movimiento vibratorio, impartido por un mecanismo excéntrico, paralelo a su eje mayor, longitudinal.

Principios de funcionamiento: Su efecto de funcionamiento se basa en 4 principios que actúan simultáneamente sobre la pulpa alimentada a la mesa: Asentamiento obstaculizado.Flujo de película líquida o corriente laminar.Escurrimiento de consolidación.Aceleración asimétrica, ésta última producida por el mecanismo vibratorio excéntrico.

La concentración por corriente laminar: Se basa en la diferencia de velocidad que existe en una pulpa en movimiento, entre un máximo en su parte superficial, y casi cero cerca del fondo (por efecto de fricción y de tensión superficial de la interfase sólido/líquido).

Escurrimiento de consolidación: significa el asentamiento de partículas finas, dentro de los espacios dejados por las partículas gruesas, después del asentamiento obstaculizado.

Procedimiento de funcionamiento del equipo: La pulpa y el agua son alimentadas en la parte superior de la mesa inclinada, y al moverse a través de ésta, forma pequeñas lagunas detrás de los “rifles” o listones transversales, en que se depositan partículas gruesas y/o pesadas. El movimiento vibratorio ayuda a clasificar las partículas sedimentadas según su peso específico; y el agua que se agrega en la parte superior de la mesa actúa arrastrando partículas gruesas de bajo peso específico por encima de los “rifles” de la cubierta (concentración por corriente laminar).

Esquema de Distribución de Productos en una mesa vibratoria.

El diseño de las cubiertas, dependiendo del arreglo y tipo de los “rifles” transversales, divide las mesas en modelos para el tratamiento de arenas o de lamas. Además, según el número de cubiertas montadas verticalmente sobre una misma mesa, se distingue entre cubiertas simples o múltiples, siendo el objetivo de las cubiertas múltiples el ahorro de espacio en la instalación de las mesas.

CONCENTRADORES DE CONOS Y ESPIRALES Ambos son dispositivos de concentración gravimétrica, basados en el principio de corriente laminar o flujo de película líquida (es decir, con velocidad de pulpa diferencial entre superficie y fondo). Se distinguen de las mesas por no tener mecanismo interno propio, y por tener mayor capacidad, y ocupar menor área superficial, por lo cual están desplazando a éstas para instalaciones de gran tonelaje (lavaderos, arenas pesadas, etc.).

Banco de espirales

Ambos tienen ranuras o tubos para la salida continua de concentrados y productos intermedios, en lugares donde los productos pesados se depositan y acumulan, como ser la parte interior de los conos concentradores; y el fondo de los canales helicoidales de los espirales.

Tanto conos como espirales se usan en bancos compactos, con interconexiones como circuitos de desgaste, agotamiento y limpieza.

Normalmente, los conos (que pueden ser multi-etapas) tienen función de circuito primario, y los espirales (que pueden ser de configuración múltiple como circuito secundario. Modernamente, tanto conos como espirales se construyen de plástico reforzado con fibra de vidrio, lo que aumenta su resistencia al desgaste por abrasión y facilita su mantenimiento.

CONCENTRACIÓN CENTRIFUGA El uso de la fuerza centrífuga para mejorar la eficiencia de la concentración gravitacional de finos sería, de modo análogo, teóricamente posible, y fue motivada por la pérdida elevada de valores minerales asociados a las fracciones finas. La operación de los concentradores centrífugos se basa en el principio de aumentar el efecto gravitacional con el propósito de conseguir una mayor eficiencia en la recuperación de las partículas finas.

Separadores centrífugos fueron desarrollados en la Unión Soviética en los años 50 y también fueron empleados en la China por veinte años para el tratamiento de relaves de menas de estaño y tungsteno. Solo después se prestó mayor atención al potencial de estos equipos en el Occidente.

La utilización de concentradores centrífugos para el beneficiamiento de menas auríferas fue una novedad tecnológica introducida en la década del 80 en el Occidente. Fueron empleados inicialmente con menas aluvionares, posteriormente tuvieron su aplicación extendida a menas primarias. La versatilidad de los concentradores centrífugos incluye:

a) Modelos de capacidad variable. b) Porcentaje de sólidos en peso de la alimentación que varía de 20% a 40%. c) Mayor posibilidad de recuperación de finos, si se comparan con equipamientos convencionales de concentración gravitacional.

d) Tienen un costo relativamente bajo de operación y de mantención. Estas características asociadas al costo relativamente bajo de la operación y de la mantención, pueden explicar la larga diseminación de ese tipo de concentradores en la industria minera a nivel mundial. Merecen destaque los concentradores centrífugos Knelson, Falcon, el jig centrífugo Kelsey y el concentrador Multi-GravitySeparator.

USOS DE LOS CONCENTRADORES CENTRÍFUGOS

1. Cuando los muestreos de un depósito aluvial indican presencia de oro libre.

2. Cuando las pruebas metalúrgicas han confirmado la presencia de oro libre en circuitos de roca dura.

3. Cuando se ha detectado la presencia de oro en las colas de los procesos de molienda.

4. Cuando se ha detectado una alta cantidad de oro en la carga circulante.

5. Un concentrador centrífugo no debe usarse para recuperar oro en los siguientes casos : si el oro es refractario; si el oro está encapsulado; si el oro no se encuentra en su estado libre (a menos que la gravedad específica global de la partícula que contiene el oro es alta en relación a la ganga).

CUANDO USAR UN CONCENTRADOR CENTRÍFUGO

1. En un placer con oro aluvial.

2. En el circuito primario de molienda de roca dura.

3. En la recuperación de oro como subproducto en circuitos de molienda de minerales metálicos.

4. En la recuperación de oro de concentrados de flotación.

5. En la recuperación de oro en retratamiento de colas.

6. En la recuperación de oro para elevar la ley del concentrado.

7. En la recuperación secundaria de oro y metales de alta gravedad específica como plata, mercurio y platino.

CONCENTRACIÓN CENTRIFUGA Los equipos de concentración centrífuga emplean el principio de sedimentación obstaculizada forzada, es decir, el principio de sedimentación obstaculizada, se realiza mediante la aplicación de una fuerza (centrífuga) que incrementa el Criterio de Concentración mena – ganga al acentuar la diferencia de densidades producto de la fuerza aplicada.

Los principales equipos en aplicación actualmente con este principio son los concentradores centrífugos “Knelson” y “Falcon”.

CONCENTRADOR KNELSON En la década del 80 aparecieron una serie de equipamientos para el beneficio de minerales que utilizan la fuerza centrífuga para efectuar la separación de los minerales valiosos. El más conocido de ellos fue el concentrador Knelson, que en poco tiempo obtuvo gran aceptación en la industria minera.

En el año 1998 había más de 2500 concentradores Knelson operando en recuperación de oro en el mundo.

CARACTERÍSTICAS GENERALES•Los concentradores Knelson se fabrican desde tamaños de laboratorio hasta unidades de alta producción.

•El concentrador recupera partículas de oro de tamaños que van desde ¼”hasta aproximadamente 1 micrón.

•En estos concentradores el problema de compactación del mineral que pudiese originar la fuerza centrífuga, fue solucionado introduciendo agua a presión en el sistema, contrabalanceando la fuerza centrífuga en el cono de concentración.

•Durante la operación de estos concentradores todas las partículas están sujetas a una fuerza equivalente a 60 g, que es lo que permite que el concentrador pueda recuperar partículas finas.

DESCRIPCION DEL PROCESO El concentrador centrífugo Knelson consiste de un cono perforado con anillos internos y que gira a alta velocidad. La alimentación, que en general debe ser inferior a 1/4”, es introducida como pulpa (20-40% sólidos en peso) por un conducto localizado en la parte central de la base del cono. Las partículas, al alcanzar la base del cono, son impulsadas para las paredes laterales por la acción de la fuerza centrífuga generada por la rotación del cono. Se forma un lecho de volumen constante en los anillos, los cuales retienen las partículas más pesadas, mientras que, las más livianas son expulsadas del lecho y arrastradas por arriba de los anillos para el área de descarga de relaves en la parte superior del cono.

Cono del concentrador knelson

Generación de Conos para knelson

Hay una variación del campo centrífugo con la altura del cono. Así, en los anillos inferiores, hay una tendencia a recuperar las partículas mayores del mineral de mayor densidad, en cuanto a los anillos superiores, donde el radio del cono es mayor (es decir, mayor fuerza centrífuga), allí los minerales más finos aún pueden ser recuperados.La compactación del material del lecho se evita por la inyección de agua a través de los hoyos en los anillos. El agua es alimentada a partir de una camisa de agua fija externa al cono. Esta agua fluidiza el lecho de concentrado permitiendo que las partículas más densas, inclusive finas, penetren en el lecho bajo la acción de la fuerza centrífuga, varias veces superior a la fuerza de gravedad.Al final de un periodo de operación (en torno de 8-10 horas) el concentrado que queda en los anillos es colectado y se retira por el fondo del cono.

CONCENTRADOR CENTRÍFUGO KNELSON: ESPACIOS INTER-RIFFLES Y AGUA DE CONTRAPRESIÓNLa eficiencia del proceso es posible, si se evita la compactación del lecho de partículas de ganga dentro de los espacios inter-riffles, es decir, solamente si este lecho es mantenido dentro de un estado de fluidización apropiado. El procedimiento adecuado para la fluidización del lecho de partículas se puede realizar con un circuito hidráulico externo.El agua es inyectada dentro del cono a través de un ensamble de perforaciones, de aproximadamente 800 μm de diámetro, los cuales son practicados en forma tangencial en la pared del cono y a la misma altura dentro de cada espacio inter-riffles. Esta agua de contrapresión desarrolla una fuerza que una vez ajustada, permite contrarrestar la fuerza resultante, a la cual están sometidas las partículas del lecho dentro del cono que está girando, de ese modo se asegura la fluidización del lecho. El agua se inyecta en dirección opuesta a la rotación del cono, lo cual hace que las partículas continúen en movimiento y se concentren las partículas pesadas.

CONCENTRADOR CENTRÍFUGO KNELSON: CICLO DE CONCENTRACIÓN

La duración del ciclo de concentración varía dependiendo de la aplicación.

Típicamente los tiempos de duración de un ciclo de concentración serían los siguientes :

1. Material aluvial : 8 a 24 horas. 2. Roca dura : 1 a 6 horas.

CONCENTRADOR CENTRÍFUGO KNELSON: PARÁMETROS OPERACIONALES

Los parámetros operacionales generalmente más manipulados son el porcentaje de sólidos y la presión de agua de fluidización. La granulometría de la mena también es un factor importante a ser considerado; el límite es de 6 mm, no habiendo límite inferior especificado (de acuerdo con los fabricantes). La razón másica obviamente debe ser también tomada en cuenta.

SERIES DE MODELOS KNELSON

Hay tres series de modelos Knelson: 1. Serie de descarga manual (MD). 2. Serie de descarga central (CD). 3. Serie de servicio pesado (XD):

CONCENTRADOR CENTRIFUGO FALCON

El concentrador Falcon, al igual que el Knelson, es de origen canadiense. Este equipo presenta diferencias en relación al Knelson, principalmente en lo que se refiere a la velocidad de rotación. En el concentrador Falcon, el campo centrífugo es cerca de 5 veces mayor que el del concentrador Knelson.

El concentrador Falcon consiste de un bolo cilíndrico -cónico que gira a alta velocidad en el interior de una camisa fija cuya función es colectar el relave. La pulpa se alimenta en el fondo del cono, es acelerada y se va estratificando a medida que asciende en el rotor. Dependiendo del tipo de modelos de serie del concentrador que se trate (Serie SB o Serie C), las partículas serán sometidas a 200 g o 300 g, y el proceso de concentración en el bolo se realizará de acuerdo a un procedimiento diferente, en forma discontinua o continua.

CONCENTRADOR CENTRIFUGO FALCON

El concentrador se utiliza en la separación de un gran número de materiales: minerales de hierro, sulfuros, carbón, tantalio, metales nativos como oro, plata, níquel, cobre, cinc, estaño, etc.

CONCENTRADOR CENTRÍFUGO FALCON: PARÁMETROS OPERACIONALES DE DISEÑO

En el concentrador Falcon los parámetros operacionales son el porcentaje de sólidos en la alimentación, granulometría de la mena y el tiempo de operación. La geometría del rotor es un factor crítico en el desempeño del equipamiento; dependiendo del tipo de mena (con mayor o menor densidad, por ejemplo), habría un rotor con geometría apropiada.

ESPECIFICACIONES DE MODELOS FALCON C

ESPECIFICACIONES DE MODELOS FALCON SB

FALCON SERIE C Y FALCON SERIE SB

EQUIPOS El FalconSB es un concentrador discontinuo.Utiliza agua de fluidización.Con este equipo se obtienen concentrados de alta ley.Se logran recuperaciones en peso de concentrado de cerca del 1%.

Funcionamiento serie SBLas partículas alimentadas son sometida a una fuerza centrifuga de 200G.El material asciende por la pared interna del bolo que gira a gran velocidad.El concentrado es retenido en los rifles de la parte superior del bolo.Las colas son eliminadas en forma continua durante el proceso.La alimentación se detienen, baja la velocidad del bolo, y el concentrado es descargado.

EQUIPOSEl falcon C es un concentrador continuoNo utiliza agua de fluidizaciónEste equipo es utilizado cuando se requieren altas recuperaciones (Rougher, scavenger)Se logran recuperaciones en peso de concentrado de cerca del 40%

Funcionamiento serie CLas partículas alimentadas son sometidas a una fuerza centrifuga de 300G.El material asciende por la pared interna del bolo que gira a gran velocidad.El concentrado es descargado en forma continua a través de una serie de tolvas en la parte superior del bolo.Las colas son eliminadas en forma continua durante el proceso.

FALCON SERIE C MOSTRÁNDOSE EL DETALLE DE LA DESCARGA

APLICACIONES DE LOS CONCENTRADORES FALCONAluvial.Molienda tradicional.Flotación de fierro.Limpieza de carbón.Tratamiento de relavesRecuperación de Sn y Ta.U/F ciclón.

Características de la tecnología de biolixiviación

Definición de biolixiviación La biolixiviación

Es un proceso en el cual se emplean microorganismos para disolver los minerales, liberando un metal de valor presente en un mineral o en un concentrado, que con métodos convencionales sería muy difícil de extraer. La biolixiviación es el proceso convencional de lixiviación, catalizado biológicamente pero aplicado a los minerales sulfurados, ante la necesidad de aumentar la cinética de su disolución. De esta manera la biolixiviación es un proceso químico, mediado por el agua y oxígeno atmosférico y un proceso biológico, mediado por microorganismos. La biolixiviación generalmente se refiere a la tecnología de biominería aplicada a metales base.

Los metales base son los metales relativamente fáciles de oxidar o corroer y en el área industrial se refiere a los metales no-ferrosos, que incluye prácticamente a todos los metales a excepción del mismo hierro y su aleación, el acero. A escala comercial la biolixiviación es aplicada para la recuperación de cobre y uranio por lixiviación y de oro mediante un pretratamiento de minerales refractarios, que recibe el nombre de biooxidación. La tecnología de biolixiviación también ha sido probada en laboratorios para sulfuros de cobalto, galio, molibdeno, níquel, zinc y plomo

Características de los microorganismos utilizados

Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviación son generalmente autrótofas , aeróbicas y quimiosintéticas. Esta última característica, las hace capaces de oxidar minerales para producir el ión férrico y ácido sulfúrico, necesarios para las reacciones de biolixiviación.

El ión férrico, es un agente fuertemente oxidante, que permite oxidar los minerales de sulfuro de cobre a sulfato de cobre que es soluble. Debido a esto, también se les llama microorganismos sulfo y ferro-oxidantes.

Su capacidad autótrofa les permite sintetizar sus componentes celulares a partir de compuestos inorgánicos, como la fijación del CO2 de la atmósfera. Se alimentan de los minerales de los que obtienen energía y realizan esta tarea como parte de sus procesos metabólicos.

LAS BACTERIASSon organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. Requieren oxigeno para respirar Son capaces de obtener la energía necesaria para su metabolismo, a partir de reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos reducidos, por lo que también se les llama quimioautótrofos o quimiolitótrofos.icos. También se caracterizan por ser organismos que viven en condiciones

También se caracterizan por ser organismos que viven en condiciones extremas (extremófilos), en este caso, las normales de los minerales: pH ácido y altas concentraciones de metales. Todas estas características les confieren la clasificación de bacterias y arqueas quimilitoautotróficas ferro-sulfo oxidantes. Uno de sus principales exponentes es la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, aislada por primera vez desde las aguas de una mina de carbón, cuyo descubrimiento se dio a conocer en 1947 (Colmer, A.R. y Hinkle, M.E, 1947). Así fue como se encontró la primera bacteria identificada capaz de lixiviar el cobre. La Acidithiobacillus ferrooxidans, ha sido la bacteria más estudiada para biolixiviación y por consiguiente de la que existe mayor información, sin embargo existen otros microorganismos identificados que solubilizan minerales sulfurados.

DIVERSIDAD DE MICROORGANISMOS EN UN SISTEMA DE BIOLIXIVIACIÓN

En los ambientes naturales asociados a la minería, es posible encontrar una variedad de microorganismos como bacterias y arqueas15, pero en su mayoría bacterias, cuya población se encuentra fuertemente influenciada por la temperatura a la que están expuestas así como por los nutrientes presentes. La temperatura en los sistemas industriales no supera los 45°C y en esta situación es posible encontrar bacterias de las especies Acidithiobacillus ferroxidans (A.f), Acidithiobacillus thioxidans (A.t) y Leptobacillus ferroxidans (L.f) que son las más prevalentes. Respecto a los nutrientes en un medio con ión ferroso es común encontrar A.f, y en su ausencia predomina la A.t y la L.f. La presencia de determinadas especies de bacterias dependerá del mineral biolixiviado, por lo que las condiciones óptimas de operación podrían no ser exactamente las mismas para todos los recursos mineros, para ello es importante conocer su composición mineralógica (Vasquez, L. M., 1997).

Cultivo de microorganismos El remanente de la explotación del mineral de mayor ley y los relaves de flotación quedan cerca de los yacimientos, expuestos a las condiciones ambientales, lo que crea un ambiente propicio para el desarrollo de microorganismos. De los drenajes ácidos que se generan naturalmente, se puede aislar microorganismos para su cultivo en laboratorio ya sea una especie en particular o una comunidad. Sin embargo, existe consenso en que los métodos que utilizan cultivo son inadecuados para estudiar la composición microbiana de una comunidad, pues solo permiten observar una pequeña fracción de los microorganismos que crecen en el sistema natural. El cambio de medio distinto al original, hace que los cultivos sean selectivos y con ello se subestime el número y variedad de microorganismos de una muestra (Vasquez, L. M., 1997).

Factores que afectan el desarrollo bacteriano.

El papel que juegan los factores ambientales, biológicos y fisicoquímicos, sobre el crecimiento y desarrollo de las bacterias es fundamental en el rendimiento de la extracción de metales por biolixiviación. El control de estos factores es muy importante para asegurar las condiciones óptimas de pH, humedad, temperatura, nutrientes, fuentes de energía que deben existir junto con la ausencia de inhibidores, que permitan obtener el máximo rendimiento de cobre. Los factores que influyen en la respuesta de los microorganismos encargados de la biolixiviación según Pradhan et al. (2008) y el ITGE (1991) son:

• pH: Son bacterias acidófilas, es decir crecen en medios ácidos, siendo incapaces de desarrollarse a un pH mayor de 3.0. El pH define que especies de bacterias se desarrollarán en el medio

• Oxígeno y dióxido de carbono: Como la mayoría de las bacterias lixiviantes en la naturaleza son aeróbicas, necesitan un ambiente con oxígeno para sobrevivir. El aire aporta el oxigeno (O2) y dióxido de carbono (CO2) necesarios para la lixiviación, por lo que es importante asegurar la aireación independiente de la tecnología utilizada. El oxigeno es utilizado como oxidante por los microorganismos en ambientes de lixiviación. El dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular o generación de biomasa.

• Nutrientes: como todos los seres vivos estos microorganismos requieren de fuentes nutricionales para su óptimo desarrollo, que pueden obtener del mismo mineral, como amonio, fosfato, azufre, iones metálicos (como Mg+), etc. El magnesio, es necesario para la fijación de CO2 y el fósforo es requerido para el metabolismo energético.

• Fuente de Energía: los microorganismos utilizan como fuente primaria de energía el ion ferroso y el azufre inorgánico. En la lixiviación de mineral el ión ferroso (Fe+2) es producido biológicamente, por ello no es necesario añadirlo.

• Luz: la luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de bacterias, pero el hierro ofrece alguna protección a los rayos visibles.

• Temperatura: Los microorganismos se clasifican según el rango de temperatura en el cual pueden sobrevivir. Así las mesófilas sobreviven en un rango óptimo de 30-40°C, las moderadamente termófilas a una temperatura cercana a los 50°C, y las extremadamente termófilas sobre los 65°C. Si la temperatura del medio en que se encuentren los microorganismos es menor a 5°C, se vuelven inactivos volviendo a cumplir su función si aumenta la temperatura, pero si la temperatura del medio sobrepasa el óptimo, los microorganismos se mueren. Es importante considerar que la reacción de oxidación de los minerales sulfurados es exotérmica, es decir libera calor al medio lo que produce el aumento de la temperatura. La posibilidad de controlar la temperatura dependerá del diseño de la tecnología de biolixiviación ocupada, por ejemplo sería más difícil el control en una pila que un tanque agitado.

• Presencia de Inhibidores: durante el proceso de biolixiviación, se van acumulando metales pesados como zinc, arsénico y hierro en la solución de lixiviación, y en ciertas concentraciones resultan tóxicos para los microorganismos. Estas concentraciones tóxicas se pueden disminuir al diluir la solución lixiviante.

• Potencial redox (Eh): La oxidación de las especies reducidas depende del movimiento o transferencia de electrones, por lo tanto influye en el metabolismo de la bacteria. De esta manera, la medida del potencial es un indicador de la actividad microbiana, mientras mayor sea el potencial medido, mayor será la actividad microbiana. El potencial óptimo es de 600 a 800 mV (miliVolt).

• Tamaño de partícula: a menor tamaño de la partícula de mineral, mayor es el área de contacto que tiene el microorganismo, haciendo más efectiva la lixiviación.

“Todos estos factores pueden variar según el tipo de microorganismo”

Tecnologías de Biolixiviación

Procesos basados en el riego Biolixiviación en pilas Esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina y mineral chancado, minerales de ley intermedia, sulfuros secundarios y primarios. La extracción de cobre desde minerales secundarios de cobre, como la calcocita (Cu2S) y la covelina (CuS), por biolixiviación en pila es ampliamente practicada en todo el mundo. Generalmente las pilas se construyen con material previamente chancado, de 19mm o menos, que es llevado por correas transportadoras al área o patio de acopio, lugar donde se forma la pila. En el trayecto el mineral es curado, irrigado con una solución de acido sulfúrico concentrado o puede ser previamente aglomerado en tambores rotativos con agua acidificada para acondicionar el mineral a los microorganismos y también para fijar las partículas finas a las partículas más grandes de mineral. Luego el mineral es apilado en las áreas o canchas de acopio que están especialmente diseñadas. Los patios son revestidos con polietileno de alta densidad (HDPE) y se instala sistema de drenaje con tuberías de plástico perforadas, que permiten capturar la solución lixiviada desde la base. También se instala una red de líneas de aire de plástico perforado, mediante la cual el aire es forzado por ventiladores externos a la pila, lo que asegura la disponibilidad de aire a los microorganismos. Una vez preparada la base, el mineral se apila ordenadamente con apiladores automatizados, formando un terraplén o pila de 6-8 m de altura

Las pilas pueden ser dinámicas si después de la lixiviación, el mineral se remueve para enviarlo al botadero y la base de la pila se reutiliza; o pilas permanentes si las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores. El sistema de pilas permanentes permite no trasladar el material ya lixiviado a un botadero final, ya que el área de lixiviación se convierte en botadero al terminar los ciclos de riego. Sobre la pila se instala un sistema de riego por goteo o aspersores los que riegan la pila con una solución de acido sulfúrico, agua y microorganismos. Los microorganismos crecen naturalmente en la pila pero a objeto de mejorar el rendimiento de la operación, es que en una etapa previa de laboratorio se aíslan los microorganismos más adecuados a las condiciones existentes en la pila y se hacen crecer para luego introducirlos en el mineral o inocular18, sembrándolos mediante aspersores. La solución ácida que se infiltra a través de la pila va disolviendo el cobre contenido en los minerales sulfurados, formando una solución de sulfato de cobre (CuSO4) que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas hasta la planta de extracción por solvente. Aquí se recupera el cobre de la solución para luego formar los cátodos en la etapa de electroobtención, y el ácido es refinado y recirculado para el riego de las pilas. Se estima que para lograr un máximo de recuperación de cobre de 80-90% se requieren de 250-350 días de biolixiviación. Las principales ventajas de la biolixiviación en pila son el bajo capital y costos de operación, la ausencia de emisiones tóxicas y la minimización o la completa eliminación de cualquier descarga de agua porque se reciclan todas las soluciones.

Biolixiviación en botaderos

Con esta tecnología se procesa lastre, minerales de baja ley de cobre (menor a 0,5 %), mineral recién extraídos de la mina, sulfuros secundarios y primarios. Como el contenido de cobre en estos minerales es tan mínimo como para cubrir los costos de la flotación y fundición, los grandes fragmentos de mineral son arrojados a los botaderos. Estos tienen una base impermeable desde la que se puede capturar los lixiviados. En la superficie del botadero se aplica la solución de acido sulfúrico y agua. Los microorganismos crecen naturalmente dado que se dan las condiciones óptimas para su crecimiento. Debido al gran tamaño de las partículas de mineral, el área de contacto entre microorganismo-mineral disminuye, y sumado a una baja aireación, pues no se instalan líneas de aire, la acción microbiana disminuye afectando la eficiencia del proceso. Es por ello que la biolixiviación de cobre en los botaderos se mide en décadas, debido a la baja tecnología aquí aplicada. Sin embargo, por esto último es un método muy económico. Los minerales son lixiviados donde fueron colocados para su eliminación, y desde la base la solución de lixiviación es dirigida a los procesos de extracción con solvente y electroobtención para la posterior producción de cátodos de cobre. Al igual que la biolixiviación en pilas, el ácido también es refinado y recirculado a la parte superior del botadero.

Biolixiviación in situ

La biolixiviación in situ, trata el mineral en la mina, previa fractura de esta por tronadura permitiendo a la solución fluir libremente.

Este método se aplica a minas abandonadas y minas subterráneas, donde los depósitos de mineral no pueden ser extraídos por los métodos convencionales, por ser minerales de baja ley o de pequeños depósitos o ambos, siendo no rentable su extracción. Por las implicancias ambientales que conlleva la utilización de soluciones acidas en un área de suelo no impermeabilizado, es que su aplicación es mínima.

Procesos basados en la agitación

Biolixiviación en tanques agitados

Se utiliza para minerales de ley intermedia a alta y concentrados de mineral, que generalmente es calcopirita, debido al capital y costos de operación asociados con esta tecnología. Los minerales son depositados en un tanque de acero inoxidable de gran tamaño, equipado con agitadores mecanizados y con la introducción de aire por ventiladores, lo que asegura la disponibilidad de oxigeno y dióxido de carbono para los microorganismos. Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos, para lograr la biolixiviación que opera en un proceso continuo.

Ventajas y desventajas de su aplicación

El uso de estas especies de bacterias a nivel industrial está asociado directamente a su capacidad de crecimiento en medio ácido (carácter acidófilo), a los escasos requerimientos de nutrientes e infraestructura necesarios, debido a que no requieren fuentes orgánicas de energía ni mantenimiento de temperaturas elevadas. Otras ventajas de la tecnología microbiana sobre los métodos convencionales son:

- Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas.

- Presenta bajos costos en las operaciones bio-hidrometalúrgicas, en comparación con los procesos convencionales.

- No se emiten gases ni polvo, lo que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnología clásica de pirometalurgia, que genera emisiones con altos contenidos de dióxido de azufre (SO2) y arsénico (As), por el tratamiento de sulfuros en fundiciones.

- Permite ahorrar en tecnología de abatimiento, como sistemas o chimeneas de alto costo, al bajar los índices de azufre y arsénico asociados a hornos de fundición.

- Permite el tratamiento de los recursos y reservas crecientes de minerales con baja ley de cobre que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales.

- Se pueden tratar concentrados que contengan altos niveles de metales con efectos negativos para la fundición de cobre como de zinc.

- La acción de las bacterias permite lixiviar los minerales sulfurados a temperatura y presión ambiente en la presencia de oxigeno, obtenido del aire. - Durante el proceso se genera parte del acido y el calor requeridos en la lixiviación. El acido se genera como producto de las reacciones de oxidación y el calor se libera por la oxidación de la pirita, a veces presente en la matriz de mineral, lo que aumenta cerca de 7°C la temperatura en el medio.

- Los microorganismos crecen y se reproducen sin la necesidad de adicionar una fuente de carbono, pues la obtienen del dióxido de carbono del aire.

Entre las desventajas propias de la tecnología aplicada son los impactos ambientales que esto genera, reflejado en la alta producción de ácido por parte de las bacterias (en particular contaminando fuentes de aguas subterráneas). Este hecho, junto con la búsqueda por hacer más eficientes los procesos de biolixiviación, ha impulsado la búsqueda de soluciones a nivel genético de la bacteria.

- A bajas temperaturas la acción de las bacterias disminuye y con ello la recuperación de cobre. Sería necesario invertir en un sistema que pueda aumentar la temperatura en la matriz de mineral, para garantizar recuperaciones mayores de cobre.

- Los tiempos para una recuperación significativa de cobre, son más largos para metodologías menos controladas, como la biolixiviación en botaderos.

- Es importante controlar variables como la temperatura, aireación, pH, tamaño de partículas, para asegurar las condiciones óptimas de funcionamiento de las bacterias, pero esto resulta difícil en metodologías de mayor envergadura como los botaderos y las pilas.

Análisis de casos CONCENTRACIÓN GRAVIMETRICA

En la planta para el proceso gravimétrico se deriva aproximadamente un 20% del flujo total que alimenta la bomba Warman en el circuito de molienda. Este flujo es tamizado en un cedazo tipo cascada 5’x 9’ malla 20. Las partículas + 200 regresan al circuito de molino y las – 200 es alimentada al concentrador Falcon. Cada 60 min se interrumpe automáticamente el ingreso de carga al cono concentrador para que realice la descarga del concentrado, este proceso durante 60 segundos se da su ciclo de lavado. En este periodo muerto durante 5 segundos el equipo termina de centrifugar la carga que quedo en el interior del cono.

Luego para inmediatamente la aplicación de un freno dinámico y el agua que ingresa por la malla superior lava el material pesado acumulado en esta malla y lo descarga por la parte inferior cercana al eje este material es conducido a un cono de almacenamiento, terminado este proceso, el equipo inmediatamente arranca y continua realizando su trabajo por acción de la fuerza centrífuga que trasmite al cono que gira una velocidad máxima de 500 rpm.

La inyección de agua a presión y abundante caudal juega un papel muy importante en la fluidización del material pesado que va siendo retenido en la canastilla. Esta fluidización permite el fácil desprendimiento del material pesado retenido en el corto periodo de parada, así como el desplazamiento de las fracciones livianas por encima de este estrato pesado durante el ingreso de carga al cono.

Infraestructura de Concentración Gravimétrica:

CIRCUITO DE CIANURACION INTENSIVA -ILR

El concentrado gravimétrico de 7 días (1.2 TM) es lixiviado en un tambor a alta concentración de cianuro (2%) y con dosificación de peróxido de hidrógeno al 50%. El ciclo del proceso es 12 horas. Posteriormente se procede a la separación sólido liquido y dos etapas de lavado de los sólidos. La solución rica y de los lavados se hace recircular a través de la celda electrolítica No. 5 de 0.5 m3 por 24 horas. Las colas del ILR se bombea al tanque de cianuración 30’x30’ No. 1.

La recuperación del ILR es 99 % en Au y 98 % en Ag. El precipitado de la celda tiene 60 % de oro y 35 % de plata.

Colas de Reactor a Cianuración y CIPColas de Reactor a Cianuración y CIP

Tanques de Clarificación de finos

Tanques de Clarificación de finos

NaCNNaCN

CalCal

HH22OO22

Electrodeposición Electrodeposición

Precipitadoa fundiciónPrecipitadoa fundición

333222

111Reactor ILR1000 Kg/h

Reactor ILR1000 Kg/h

ConcentradoGravimetricoConcentradoGravimetrico

Solución Rica

Solución Rica

??? Puntos de MuestreoPuntos de Muestreo

Ultra finosUltra finos

FloculanteFloculante

Tanque deSolución

Tanque deSolución

Colas de Reactor a Cianuración y CIPColas de Reactor a Cianuración y CIP

Tanques de Clarificación de finos

Tanques de Clarificación de finos

NaCNNaCN

CalCal

HH22OO22

Electrodeposición Electrodeposición

Precipitadoa fundiciónPrecipitadoa fundición

333222

111Reactor ILR1000 Kg/h

Reactor ILR1000 Kg/h

ConcentradoGravimetricoConcentradoGravimetrico

Solución Rica

Solución Rica

??? Puntos de MuestreoPuntos de Muestreo

Ultra finosUltra finos

FloculanteFloculante

Tanque deSolución

Tanque deSolución

Bombeo de Concentrado Gravimétrico

El cono de almacenamiento del concentrador centrífugo Falcón tiene una capacidad de 1.5 Tm. Diariamente se tiene 171.43 Kg. aprox. de concentrado gravimétrico. El bombeo se procede cada tres o cuatro días dependiendo la cantidad de concentrado obtenido para luego iniciar el batch del reactor de cianuración intensiva (ILR). Se descarga por gravedad el concentrado hacia el sumidero de la bomba vertical desde la cual se bombea hacia la tolva de alimentación del ILR.

Carga de Concentrado Gravimétrico

Al terminar el bombeo del concentrado gravimétrico se procede a medir el volumen de concentrado gravimétrico en el tanque de alimentación al tambor del ILR. Seguidamente se procede a cargar por gravedad a través de la válvula neumática de carga. Esta válvula está regulada de tal manera que cada 30 o 40 segundos se abre 10 segundos. El tiempo de carga de 1000 - 1200 Kg. aprox. 45 minutos.

Adición de Reactivos

La fuerza de cianuro de sodio para el reactor de cianuración intensiva es 2 % (20 Kg. por m3 de solución) que de acuerdo las pruebas de laboratorio es el de mejor recuperación. El porcentaje de sólidos para la cianuración es 20 a 30%.

La solución barren del anterior batch del ILR sirve como solución para iniciar la siguiente cianuración, de tal manera que se restituye la cantidad de cianuro para tener 2 % de NaCN. El cianuro de sodio a restituir esta como solución concentrada (al 10%) de tal manera que se bombea directamente al tanque de solución del ILR desde el tanque de preparación general ubicado en la zona de preparación de reactivos, el bombeo se realiza con la ayuda de una bomba Bredel SP específicamente para el ILR.

Ciclo de cianuración

La cianuración se lleva a cabo en circuito cerrado entre el tambor en movimiento y el tanque de solución del ILR. La solución del tanque pasa por gravedad a través de la válvula neumática de descarga del tanque hacia el codo de alimentación al tambor y la descarga del tambor bombea al tanque de solución. Se mejora la cinética de la cianuración con el peróxido de hidrógeno al 50 % que se alimenta en el codo de alimentación al tambor con la ayuda de una bomba Peristáltica. El control de variables es cada hora.

Las variables que se controlan en la cianuración es:

Porcentaje de cianuro libre.

Peróxido de Hidrogeno (al 50%).

Nivel de Oxigeno disuelto (DO), ppm

pH de pulpa de descarga del tambor.

Muestras de solución para análisis por Oro y Plata.

El porcentaje de cianuro debe de mantenerse entre 1.8 a 2.2 %. La restitución se realiza a través de la solución al 10 %. Bombeada desde el tanque de preparación de cianuro ubicado en la Zona de preparación de reactivos de la Planta de Procesos.

El nivel de oxigeno disuelto debe estar entre 10 a 12 ppm, principalmente esto es requerido durante las 4 primeras horas donde se consigue la mayor recuperación.

Los análisis de soluciones permiten determinar la cinética de la cianuración y establecer el momento de finalización del ciclo de cianuración.

los ciclos de Cianuración son tres el primero que es disolución en si y dos posteriores lavados para lograr la máxima extracción posible de la parte valiosa. El peróxido de Hidrogeno (al 50%) alimentado cumple la función de oxidar más rápido y ayudar así a la lixiviación del metal que es el objeto del trabajo.

CLARIFICACIÓN Y BOMBEO DE SOLUCIÓN RICA

Terminada la cianuración se procede a parar el tambor e iniciar la clarificación de las soluciones rica recirculando por el tambor y tanque de solución una cantidad de lechada de cal y floculante. Cuando se tenga una solución relativamente clarificada en la descarga del tambor se procede al término de la recirculación.

Se descarga el nivel de solución que este debajo del labio inferior de la descarga del tambor con la válvula de drenaje de la tapa de descarga del tambor y se bombea hacia el tanque de solución. Se toma medición del volumen de solución del tanque de solución y se bombea al clarificador del ILR tomando muestra de la solución rica.

LAVADO DE SÓLIDOS Y BOMBEO A CLARIFICADOR.

Para el lavado de los sólidos después de la cianuración se utiliza solución barren del anterior batch del ILR. El lavado se procede recirculando la solución barren a través del tambor en movimiento y el tanque de solución durante un periodo de 4 horas a mas.

Terminado este periodo se para el tambor y se deja sedimentar recircular la solución barren hasta tener una solución relativamente clarificada. Se descarga el nivel de solución que este debajo del labio inferior de la descarga del tambor con la válvula de drenaje de la tapa de descarga del tambor y se bombea hacia el tanque de solución. Se toma medición del volumen de solución del tanque de solución y se bombea al clarificador del ILR tomando muestra de la solución de lavado.

Terminado el primer lavado se prosigue con un segundo lavado que dura 4 horas muestreando cada hora para ver las leyes de oro presente tratando de que sea mínima y lixiviado la mayor parte posible.

BOMBEO DE SÓLIDOS DE CIANURACIÓN

Los sólidos finales de la cianuración (lavados) se bombean al circuito de cianuración en tanques de agitación 30´ x 30´, alimentado agua fresca al tambor y haciendo rotar en sentido inverso para descargar los sólidos por el tambor y bombear al primer tanque de Cianuración. Se muestrea la pulpa de descarga del tambor durante el periodo de bombeo de sólidos para poder determinar la recuperación final de la cianuración.