Hidrometalurgia e innovación en minería

En Hydrocopper 2011 las temáticas estuvieron centradas en el procesamiento hidrometalúrgico de minerales oxidados y sulfurados de baja ley y concentrados de cobre, entre otras materias.

Con el objetivo de analizar y discutir las innovaciones y desarrollos tecnológicos sobre el procesamiento hidrometalúrgico de minerales de cobre, cerca de 300 participantes, provenientes de 13 países, se congregaron en la sexta versión del seminario internacional HydroCopper 2011.

La ceremonia de inauguración contó con la participación de Carlos Barahona, director ejecutivo de Gecamin; Gustavo Tapia, gerente regional de Metalurgia y Procesos de Barrick Sudamérica y presidente de HydroCopper 2011; Jesús Casas, académico de la Universidad de Chile y coordinador técnico de la cita; y Gerardo Morales, gerente de planta de Minera Gaby, entre otros.

Durante el encuentro se impartieron 38 presentaciones técnicas, cuyas temáticas estuvieron centradas en el procesamiento hidrometalúrgico de minerales oxidados y sulfurados de baja ley y concentrados de cobre; innovaciones y mejores prácticas operacionales; aglomeración, lixiviación en pilas y botaderos; extracción por solventes y electro-obtención; tratamiento de soluciones y cierre de pilas; modelación, instrumentación y control automático; y nuevos proyectos y expansiones de plantas.

Gestión operacional de Gaby
El gerente de Planta de minera Gaby, Gerardo Morales, se refirió a la gestión operacional de la compañía y en ella destacó sus principales hitos y evolución tecnológica que ha tenido durante sus primeros años de vida. “El proyecto, que entró en operaciones durante 2008, tiene una vida útil de 15 años y contiene 620 millones de toneladas de mineral oxidado con una ley media de 0,41% de cobre total”.

Comentó que el potencial productivo de Gaby es de aproximadamente 170.000 ton anuales de cobre fino y en la actualidad se está implementando la fase II, que permitirá incrementar la capacidad de procesamiento y mantener los niveles de producción debido a la disminución de las leyes de los minerales. “Es un pórfido, y las principales especies mineralógicas son los óxidos negros y atacamitas.

Tiene una capacidad instalada de 150.000 ton, los cuales son equivalentes a 411 ton diarias, nivel que será alcanzado en el mes de noviembre”, dijo Morales.

Hasta el año pasado se obtuvo leyes de 0,6%, las cuales fueron contempladas en el plan minero. En la actualidad, el yacimiento se encuentra en un periodo de transición cuya ley es entre 0,4% y 0,5%. En relación con las leyes que se proyectan hasta 2022, existe un proyecto de tratamiento de mineral que controla una tercera línea de chancado.

Una vez que el mineral enfrenta las etapas del chancado es conducido mediante correas transportadoras a dos tambores rotatorios y de acondicionamiento, con ácido sulfúrico y agua (aglomeradores). Finalmente, y mediante un puente apilador, se procede al carguío de las pilas del mineral.

Desde la laguna de refino se impulsan soluciones ácidas de las pilas de lixiviación. Dichas pilas, a través de un sistema especial de cañerías, válvulas, mangueras y goteros son ubicados generando una solución en cobre denominada PLS. La solución de PLS es enviada al proceso de extracción por solvente (SX) donde se contacta con solución orgánica altamente selectiva al cobre lo que permite obtener un electrolito altamente puro y concentrado en cobre.

En materia de tecnologías de lixiviación, la compañía está realizando una ingeniería básica en los botaderos, donde se espera que para el próximo año, se implemente un servicio de lixiviación secundaria. “En paralelo, vamos a implementar lixiviación en pilas en los botaderos con mineral ROM”, afirmó Morales.

En la planta de electro-obtención (EW) se obtienen cátodos de cobre por medio de un proceso electroquímico a partir de una solución rica en cobre proveniente de la extracción por solventes.

Efectos de las inclusiones de pirita
Daniel Majuste, estudiante de postdoctorado de metalurgia extractiva de la Universidad Federal de Minas Gerais (Brasil) presentó la investigación “los efectos de las inclusiones de pirita, el oxígeno disuelto y iones férricos en la electroquímica de la calcopirita”.

Señaló que el procesamiento de sulfuros de cobre es una temática que ha sido ampliamente estudiada en la última década y afirmó que, en la actualidad, cerca del 80% de la producción total de cobre proviene de procesos pirometalúrgicos, ya que posee un alto grado de sulfuros, que no se disuelven con facilidad en la fase acuosa. El especialista brasileño sostuvo que “los minerales sulfurados de alta ley, también se tratan en condiciones de alta temperatura en medios ácidos durante un tiempo de reacción, cuya extensión es de aproximadamente de una a tres horas”, y agregó que “respecto del tratamiento de sulfuros de baja ley, los minerales secundarios, como la calcocina y la covelina, se pueden disolver mediante condiciones de lixiviación en pila y la presencia de bacterias mesofílicas con una temperatura promedio que va entre los 30º a 40º C”.

Sin embargo, la calcopirita no se disuelve en forma significativa ya que la atracción de cobre es extremadamente baja, pues en su proceso de lixiviación se encuentran bacterias termofílicas, con una temperatura que varía entre los 60º a 80º C. “Si bien, la tasa de lixiviación del mineral aumenta, los tiempos de reacción son extensos para una mayor extracción de cobre”, dijo.

El interés que existe en el desarrollo de procesos de baja temperatura, que va entre los 30º a 80º C, para tratar sulfuros de baja ley, está relacionado con las bajas tasas de lixiviación de calcopirita en condiciones de lixiviación. Para superar estas limitaciones, se han efectuado numerosas investigaciones en los últimos diez años, las cuales están orientadas a observar la cinética y los mecanismos de disolución de sulfuros. La mayor parte disponible corresponde a pirita que se puede procesar en condiciones de baja temperatura, para la formación de una capa de productos sólidos que impide una disolución del mineral adicional. La naturaleza de esa capa de productos, y su mecanismo de formación, afecta la radiación de la solución.

Entre las conclusiones que entregó el estudio, Daniel Majuste indicó que la metodología permitió cuantificar el efecto galvánico de las inclusiones de pirita con adición de nitrógeno, el cual incrementó en un 40% la corriente de la calcopirita al combinar el ion férrico con el oxígeno disuelto.

“La pirita acoplada en forma galvánica presenta un área catódica superior para reacciones. El contenido de pirita en minerales de baja ley de cobre, tienen un efecto significativo en la tasa de disolución de calcopirita, específicamente en condiciones de baja oxidación”, dijo el investigador de la Universidad Federal de Minas Gerais.

Metodología para recuperar el cobre negro
En la sesión denominada “Procesamiento hidrometalúrgico de minerales y concentrados de cobre”, la académica de la Universidad Católica del Norte (UCN), María Hernández, presentó el proyecto “Procesamiento hidrometalúrgico de minerales oxidados y sulfurados de baja ley y concentrados de cobre”, el cual busca desarrollar una tecnología que permita incrementar la recuperación del denominado “cobre negro”, que se concentra principalmente en pasivos mineros.

La docente de la UCN explicó que el estudio tiene como objetivo recuperar un cobre que está concentrado en las pilas sin lixiviar debido a que su metodología se orienta a óxidos tradicionales como la crisocola, brochantita y atacamita, “son cobres muy complejos que cuando deben enfrentar este proceso no son capaces de disolverse”.

Para María Hernández “se debe enfatizar que los cobres negros constituyen importantes blancos de interés geológico y metalúrgico pues representan una fuente de recursos, que a través del desarrollo tecnológico, pueden incrementar la productividad o prolongar dicha actividad en las instalaciones mineras”.

“Una de las grandes preguntas es qué hacemos con este material, que finalmente se está perdiendo o se encuentran a la espera de que los procesos cambien para ser recuperados. La idea es lograr capturar estos metales a través de la incorporación de metodologías, sin que implique modificaciones a las plantas”, sostuvo Hernández
Y añadió que “cuando empezamos a practicar los test de lixiviación, en la planta piloto que se encuentra ubicada en la minera Lomas Bayas, pudimos observar cuáles son las respuestas a la lixiviación. Cuando bajamos el potencial de la solución de lixiviación logramos subir en un 15% la extracción de cobre de las muestras, que no son óxidos tradicionales”.

La investigadora detalló que en los procesos de solución se encuentran incorporando aditivos como sulfato ferroso, óxido de azufre, calcosina y metal blanco para recuperar el metal cuprífero. “En la práctica han dado buenos resultados los tres aditivos, pero consideramos que es más práctico utilizar metal blanco. De hecho, nosotros queremos patentar la lixiviación de cobre negro a través de la adición de metal blanco, porque es una iniciativa que está al alcance de cualquier minera, ya que no es un reactivo, sino que está dentro del mismo proceso”.

Ahorro de agua en procesos cupríferos
Las condiciones de intensa radiación que se viven en el norte de Chile hacen que las pérdidas de agua por evaporación sean muy significativas en piscinas y pilas de lixiviación. En promedio, una compañía minera de la Región de Antofagasta consume el 10% de ese recurso en la mina y un 88,5% en las distintas etapas de producción. De lo anterior, el 44,5% se pierde por evaporación.

En la sesión denominada “Aguas en operaciones hidrometalúrgicas”, el jefe de Metalurgia en Compañía Minera Lomas Bayas, Yuri Zepeda, presentó el proyecto “Reducción de pérdidas por evaporación del recurso hídrico en los diferentes procesos mineros”, iniciativa que es desarrollada por Xstrata Copper, la Universidad de Antofagasta y UCN.

El profesional sostuvo que esta tecnología, que busca mitigar las pérdidas de agua por evaporación en un 85%, consiste en un sistema de riego que funciona como ripper que va arando el mineral, y en la medida en que exista la generación de surcos, los goteros- que se encuentran en unos rollos cuyos diámetros son entre 400 y 500 metros- se van introduciendo en la superficie.

“Cuando nosotros bloqueamos los agentes atmosféricos que, en este caso, son principalmente la radiación, el viento y la temperatura ambiental, el gotero se encuentra protegido y, por lo tanto, se reducen las condiciones para la evaporación”, mencionó Zepeda.

Durante el desarrollo de esta investigación, se han practicado mediciones directas e indirectas de los diferentes depósitos de agua que utilizan las mineras, específicamente la evaporación que ocurre en ellos, considerando la variable utilización y no utilización de tecnologías de mitigación. “De acuerdo con las pruebas pilotos, nosotros podemos reducir la tasa de evaporación desde dos a tres litros diario por metro cuadrado”, precisó el experto.

Yuri Zepeda sostuvo que el enfoque es buscar alternativas de control y mitigación de los agentes climáticos que favorecen la evaporación, que dadas las condiciones ambientales y geográficas de la operación, alcanzan tasas de 8 a 12 litros por m2/día. “Por lo anterior, la compañía Lomas Bayas ha iniciado una campaña de reducción de la evaporación en piscinas y áreas de riego, considerando la utilización de mecanismos y tecnologías que permitan disminuir su exposición a los agentes climáticos que favorecen ese proceso”.

Procesamiento de mineral de baja ley
En el marco de la sesión “Aplicaciones industriales y estudios de casos”, el ingeniero metalúrgico y de procesos de Antofagasta Minerals, José Aldana, se refirió al “Procesamiento de mineral oxidado de baja ley de cobre” del proyecto Antucoya, el cual tiene como objetivo “observar y analizar los criterios de recuperación del cobre total y consumo de ácido neto, los cuales se habían obtenido en el estudio de prefactibilidad, a través de pruebas metalúrgicas”, manifestó.

Para José Aldana, la actual industria cuprífera debe enfrentar la nueva realidad de los minerales, la cual está relacionada con la disminución de sus leyes: “Si observamos que hoy, las compañías están procesando los ripios con la finalidad de recobrar los metales… entonces el mensaje está claro. Lo positivo, es que los actuales precios del cobre son altos, por lo cual las compañías pueden invertir en tecnologías que permitan la recuperación del mineral”.

Antucoya es un yacimiento de pórfido que posee una ley media del 0,3% de cobre total. La iniciativa contempla la extracción de los minerales oxidados del yacimiento, a través de una operación minera convencional a rajo abierto, para producir 80.000 ton de cobre al año, a través de cátodos electro-obtenidos de alta pureza.

El especialista detalló que dentro de los minerales oxidados se encuentran tres tipos: mineral heap (>0,20% CuT); mineral ROM (0,13 a 0,20 % CuT) y (<0,13% CuT). “Los minerales de mayor ley serán procesados en una planta hidrometalúrgica y los de baja ley serán lixiviados a la granulometría ROM en pila permanente”, resaltó.

Durante el periodo 2010-2011 se han planificado pruebas metalúrgicas en pilas industriales y columnas, con muestras provenientes de un rajo piloto y pruebas en columnas de sondajes PQ del yacimiento. “Los pilares fundamentales del plan metalúrgico es tener un buen procesamiento, programa geológico, pruebas metalúrgicas que puedan sustentar los resultados, para luego desarrollar un estudio de inversiones que nos permita la rentabilidad de los proyectos”, señaló Aldana y añadió que “el año pasado iniciamos las pruebas metalúrgicas, etapa que ya se encuentra prácticamente finalizada con un 98% de avance”.

Una vez realizadas estas pruebas se firmaron los parámetros, con los cuales se efectuaron las posteriores pruebas metalúrgicas en los sondajes. Además, estas muestras se realizaron en tres fases predominantes al interior del yacimiento para observar el comportamiento de la unidad geológica mayoritaria, y a través de la muestra, determinar la dosis de trabajo y su solución.

Geometalurgia, método de planificación
Eduardo Patiño, metalurgista senior de Desarrollo de minera Cerro Colorado, se refirió al “Modelo Geometalúrgico: el nuevo código para la planificación de negocios”, iniciativa que nació en 2009, periodo en que la minería enfrentó su última crisis económica y BHP Billiton decidió diseñar una nueva forma de administrar las operaciones de Cerro Colorado y Spence, bajo una nueva unidad denominada BHP Billiton Pampa Norte.

Patiño contó que los primeros dilemas que “nos encontramos fueron básicamente, el concepto geometalúrgico. En Cerro Colorado apareció la llamada ‘fase nueve’ que no estaba completamente caracterizada del punto de vista geológico, lo cual nos situó en una posición compleja respecto a la producción del primer semestre de ese año”.

Añadió que “Cerro Colorado y Spence, son dos operaciones que, a nuestra visión, funcionan como cóncavo convexo. En Cerro Colorado existen dos plantas y dos circuitos de chancado, donde efectuamos mezclas sintéticas entre materiales que poseen diferentes calidades para generar material que alimente ambas plantas”, sostuvo el metalurgista. Agregó que “en Spence existe sólo una planta de chancado y se alimenta por materiales oxidados o sulfurados de una y otra planta”.

Para el profesional de BHP Billiton, el objetivo de este modelo de planificación es la fusión de estas dos operaciones. Esto se traduce en que gran parte del desarrollo primario que se implementó en Cerro Colorado, fue transferido casi de inmediato a las operaciones de Spence.

“Hemos diferenciado que dentro del sistema de riego, existen fases claramente diferenciadas: una denominada humectación de lecho, donde por primera vez el mineral recibe solución para separarse de la etapa de lixiviación por riego. Es decir, una vez que la pila reventó se obtienen los primeros PLS, lo cual da inicio a un ciclo netamente hidrodinámico”, explicó Eduardo Patiño.

La etapa de humectación de lecho es el más crítico para obtener una estabilidad hidráulica, que permita manejar en la fase del riego, flujos de manera diferente para un concepto químico.

El modelo de planificación de negocios se sustenta en cuatro pilares fundamentales o submodelos: mega; químico; dinámico y físico.

En Cerro Colorado, la arcilla es el componente del modelo geológico; y en Spence es el ASG. “Tienen distintos nombres porque partieron en forma diferente y en la actualidad son transversales, del punto de vista que son caracterizados por carga puntual, circulo granulométrica de su contenido de ganga”, indicó el profesional.

Para determinar el modelo de riego se procedió a definir un índice, el cual fue realizado mediante la traducción de los antecedentes geológicos en un indicador de la curva granulométrica de distribución de tamaño.

Esto significa que para cada tipo de material, cuyo origen geológico y área sea diferente, será caracterizado con una curva identificada de PSD, el cual traducido en un indicador, permitirá definir calidades físicas.

Una vez establecida la calidad física se efectuará el test de permeabilidad o asignación capilar, con la finalidad de definir la altura óptima de la pila y rampa de humectación lineal para esta etapa.

A través de esta metodología, y con la información del curado, el operador puede entregar tanto un modelo de aplicación como de riego para obtener un modelo cinético de recuperación, el cual es finalmente testeado cada vez que se mantiene o cambia de fase.

El modelo cinético y la curva granulométrica dan origen al modelo de calidad, y a través de ella el de humectación. Con dichos modelos de información, y a través del comportamiento del riego, el operador puede controlar la pila, es decir, es capaz de predecir en qué día va a reventar la pila.