UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

PROFESOR: ING. ANGEL AZAÑERO ORTIZ

CURSO: HIDROMETALURGIA DE LOS METALES PRECIOSOS

Lixiviación en Montón

El principio basico de la cianuración es aquella en que las soluciones alcalinas débiles tiene una acción directa disolvente preferencial sobre el oro y la plata contenidos en el mineral. La reacción enunciada por Elsner en 1946 es la siguiente

4 Au + 8 KCN + O2 + 2 H2O = 4 AuK(CN)2 + 4 KOH (1)

La química de la disolución de oro y plata en el proceso de cianuración en pilas es la misma aplicada en los procesos de cianuración por agitación.
El oxigeno, esencial para la disolución del oro y plata, es introducido en la solución de cianuro mediante la inyección directa de aire al tanque de solución de cabeza.

La velocidad de disolución de los metales preciosos en soluciones de cianuro depende del area superficial del metal en contacto con la fase líquida, otros factores que influyen en la velocidad de disolución son las siguientes

a) Tamaño de la partícula.- cuando se presenta oro grueso libre en la mena, lomejor es recuperarlo por medio de trampas antes de la cianuración ya que las partículas gruesas podrían no disolverse en el tiempo que dura el proceso. Bajo condiciones consideradas ideales con respecto a la aereación y agitación, Barsky encontró que la velocidad mínima de disolución de oro es 3.25 mg/cm2/hora.

b) Oxigeno es un elemento indispensable en la disolucióndel oro y plata, siendo el aire, la fuente de oxigeno utilizado en el proceso de cianuración.

c) Concentración de la solución de cianuro la solubilidad del oro en una solución de CNNa disminuye al pasar de las soluciones diluidas a las concentradas. La solubilidad es muy baja con menos de 0.005% NaCN, crece rapidamente cuando contiene 0.01% NaCN y después lentamente, llegando al maximo cuando contiene 0.25% NaCN. La proporción mas eficaz es de 0.05 a 0.07% NaCN. La concentración usual de CN para el tratamiento de menas de oro es de 0.05% NaCN y para menas de plata de 0.3% para concentrados de oro-plata la fuerza de NaCN esta entre 0.3 – 1.0%. El NaCN es el mas usado en el proceso de cianuración.

d) Temperatura La velocidad de disolución de los metales en una solución de NaCN aumenta con el incremento de la temperatura, hasta 850C arriba de ésta temperatura las pérdidas del cianuro es un serio problema.

e) Alcalinidad protectora Las funciones del hidróxido de calcio en la cianuración son los siguientes:
- Evitar pérdidas de cianuro por hidrólisis.
- Prevenir pérdidas de cianuro por acción del CO2 del aire.
- Neutralizar los componentes acidos.
- Facilitar el asentamiento de las partículas finas de modo que
pueda separarse la solución rica.

f) Porcentaje de Finos Este aspecto es muy importante, porque, cuando el % de finos es alto, mayor al 20% del total (< -10 mallas, 1.7 mm) las partículas tienden a aglutinarse en consecuencia no dejan pasarlas soluciones de cianuro por lo que estos minerales requieren otro tratamiento con cal ,cemento o ambos para lograr aglomerarlos y facilitar la percolación.

Descripción del Proceso

La lixiviación en pila es una lixiviación por percolación de mineral acopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectar las soluciones; a escala industrial contempla el tratamiento de 1,000, 10,000 hasta 100,000 ton/día o mas de mineral. La adopción de la técnica esta condicionada a las características del mineral, habiéndose determinado en forma practica y a escala piloto las características favorables, por sus menores costos de capital y de operación, es también atractiva para el desarrollo de depósitos pequeños.
Su gran flexibilidad operativa le permite abarcar tratamientos cortos (semanas) con mineral chancado o bastante prolongados (meses hasta años) con mineral grueso, al tamaño producido en la mina.
En líneas generales, el mineral chancado es colocado sobre un piso impermeable formando una pila de una altura determinada, sobre la que se esparce solución diluida de cianuro de sodio que percola a través del lecho disolviendo los metales preciosos finamente diseminados.
La solución de lixiviación, enriquecida en oro y plata se colecta sobre el piso permeable que, dispuesto en forma ligeramente inclinada, la hace fluir hacia un pozo de almacenamiento, desde este pozo, la solución es alimentada a una serie de estanques de clarificación, filtración, precipitación, retornando elefluente estéril a la pila de mineral:

a) Trituración: Dependiendo del tamaño al cual sea adecuado triturar puede existir chancado en una 2 ó 3 etapas, en este tipo de lixiviación son comunes los chancados solo hasta la etapa secundaria.

b) Cianuración: Consta de un tanque de cabeza de una capacidad instalada a una altura sobre la pila, la solución lixiviante fluye por gravedad hacia el pad, La solución pregnant es recepcionada mediante un canal de concreto que al igual que al piso de las pilas tiene una pendiente de 1.5% pasando luego a los filtros mediante una tubería plastica.
La solución después de habérsele eliminado los finos y el oxigeno pasa a un tanque de agitación herméticamente cerrado en donde se le adiciona zinc en polvo y acetato de plomo.

c) Precipitación:

El principio de la precipitación de metales preciosos contenidos en soluciones de CN Na empleando polvo de zinc, esta basado en el hecho de que el oro y la plata son electronegativos respecto al zinc, ocurriendo un reemplazo electroquímico del oro y la plata por el zinc, seguido por el desplazamiento del hidrógeno del agua por el sodio según la siguiente reacción:

NaAu(CN)2 + 2NaCN + Zn + H2O= Na2Zn(CN)4 + Au + H + NaOH

En la practica, ocurre un exceso en el consumo de Zn por encima de la demanda teórica debido a que tanto el CN con el alcali libre en la solución tienden a atacar al Zn disolviéndolo.
Las reacciones son mas eficientes con la adición de acetato de plomo:Pb(CH3-COO)2- + Zn = (CH3 - COO)2- + Pb-

Precipitación en Carbón Activado

Se realiza generalmente cuando el mineral contiene muy poca proporción de Ag, es decir cuando el mineral esta constituido principalmente por oro.

Desorción del Oro de Carbón Activado
En este caso generalmente el carbón cargado con oro es sometido al proceso de desorción en volúmenes alcalinos alcohólicos, el oro pasa a solución, formando un electrolito rico en oro el cual pasa a electrodeposición en catodos de lana de acero que es fundido previo lavado acido para recuperar el oro.
En la figura 1 tenemos un Flow Sheet, completo de un proceso de Heap Leaching.
Aspectos Basicos para Diseñar una Planta de Lixiviación en Montón
El Proceso de heap leaching es un tipo de lixiviación por aspersión o goteo usada desde hace muchos años en la Metalurgia del cobre del tipo oxidado.
En el Perú existe pequeños yacimientos auríferos de baja ley que pueden ser susceptibles de utilizar esta técnica con bastante éxito, las principales ventajas de este proceso, se deben a que requiere de una inversión moderada, unido a costos de operación relativamente bajos frente a cianuración por agitación.

Mineral

El mineral debe ser chancado al 100% de cualquiera de las mallas siguientes

100 % - 1'
100 % - 3/4'
100 % - 1/2'
100 % - 3/8'

Los tres primeros tamaños se logran con trituración secundaria, mientras que la última solo se obtienecon chancado terciario.
Las pruebas de laboratorio revelan la cantidad necesaria de cal que debe adicionarse al mineral para neutralizar la acción de los acidos, siendo habitualmente dosificado en seco durante el chancado.
Algunos minerales con contenido excesivos de arcillas son difíciles de tratar debido a los problemas de porosidad y permeabilidad del lecho, en tales casos se puede aplicar una aglomeración con cal y cemento formando aglomerados que mejoran notablemente la percolación de la solución lixiviante .

Construcción de la Pila

Constituye la parte fundamental del proceso y sobre el cual debe darse la mayor atención, siendo los factores principales

Tipo de Piso

1. Piso de arcilla compactada debe ser impermeable y durable para lo cual se protege con una capa de arena o grava para prevenir la destrucción del piso durante la operación de carguío del mineral o en la descarga mediante buldozer o cargador frontal, el piso tiene una leve pendiente aproximadamente, 1.5 % para permitir el drenaje de la solución, alrededor de este se deja una berma de recolección cuya profundidad no sobrepasa los 30 cm.

2. Piso de asfalto con las mismas exigencias que el anterior, su implementación depende del costo y duración, el espesor de la capa dependera de la altura del mineral.

3. Piso de plastico Una vez compactada el area elegida se coloca tiras de plastico de un espesor mínimo de 0.8 mm. las que sueldan en el terreno actualmente se estan usando geomembranas las cuales debeprotegerse con una capa de arena.

4. Piso de Hormigón Al igual que los anteriores necesitan una buena base compactada dependiendo de la altura del mineral y del tipo de hormigón su espesor no debe ser mayor a 10 cm.

Método de Carguio

El método mas conveniente y barato es usar una correa transportadora tipo stacker para distribuir adecuadamente el mineral, la forma de la pila es un tronco de piramide, se debe evitar la segregación de partículas, también puede ser depositado sobre el piso con camión, volquete o cargador frontal, en este caso el mineral permanece mas o menos homogéneo.
Una interesante técnica descrita por Chamberlin consiste en depositar el mineral por capas, según el angulo natural de reposo, siendo vaciado en el borde inferior de la pila con el objeto de hacerlo rodar en cascada por la pendiente hasta una altura de 4 o 5 mt, el mineral puede ser colocado con un cargador pero para alturas superiores se hace necesario al transito de vehículos sobre la pila, en tal caso a fin de disminuir la compactación del lecho el mineral primero es cargado en un lugar especial y luego empujado hasta el borde con un nivelador equipado con orugas de mayor superficie de apoyo.

Altura de la Pila

La altura de la pila, depende de la permeabilidad del lecho del contenido de oxígeno requerido y de la concentración de solución lixiviante, normalmente la altura de la pila varia de 5 a 15 metros.

Aplicación y Recirculación de la Solucion

La solución lixiviante sepuede esparcir sobre la pila mediante goteo o rocío con tuberías plasticas perforadas, por aspersión con cargadores y en casos especiales de baja velocidad de percolación.
El flujo de alimentación varía dentro de un rango muy amplio entre 0.1 a 1.0 l/m2/min (0.001 a 0.01 gpm/ft2
La recirculación de las soluciones se puede hacer directamente con bomba al sistema de distribución de la solución pero para mayor flexibilidad en la operación es conveniente bombear a un tanque elevado, ubicado a una altura que permita lograr una presión de trabajo de 20 a 60 PSI en rociadores. Debe evitarse las tuberias de fierro galvanizado y lo mas recomendable es usar cañerías plasticas.

Reactivos

CIANURO El solvente mas comúnmente usado es el cianuro de sodio.
El cianuro se prepara con agua no acida a un pH neutro cuya concentración es
10% en peso, la concentración mínima en la solución lixiviante esta entre 0.05 0.10 % de NaCN como maximo.

CAL.- La cal se agrega directamente con el mineral en el chancado, la función es mantener una alcalinidad de 10 a 11, su consumo variara de acuerdo a cada mineral y esta entre 0.5 a 5 Kg/TM, la ley como CaO libre debe estar entre 60 y 70% para evitar transporte de carga inútil

ZINC.- Polvo de zinc .-se agrega en una proporción que varia de 0.6 a 1.5 partes por parte de oro y plata, para obtener estos consumos debe utilizarse un zinc de la mas alta calidad

CARBON ACTIVADO.- Es utilizado para precipitar oro y plata de las soluciones ricas se recomiendageneralmente cuando el mineral tiene solo o mayores proporciones de oro con respecto a la plata, el carbón usado en estos casos esta entre mallas -6+16, -8 + 18 y -10 +20, a veces acompañado de una precipitación opcional de plata con Na2S cuando la relación plata/oro en la solución es muy alta, los carbones mas usados son la corteza de coco debido a su dureza y mayor poder adsorbente, las propiedades adsorbentes del carbón son muy conocidas desde el siglo pasado, pero no se uso a falta de una técnica para desorber el oro y la plata del carbón, el cual se calcinaba y fundía, perdiéndose todo el carbón, recién se puede usar el carbón con los avances que hizo Zadra por los años 1950 y ahora se usa ampliamente en nuestro medio.

La cantidad de oro y plata que puede cargar los carbones esta en función de la concentración de metales preciosos en la solución rica 1.5 mg pl de oro difícilmente llegaría a 6Kg de oro/TM carbón, un carguío de 12 Kg. de metales preciosos por TM de carbón se considera un valor aceptable en la industria.

COLUMNAS DE CARBON Se usa 4 ó 5 columnas de carbón.
La primera columna se contacta con la solución y es retirada periódicamente del circuito una vez que el carbón se ha cargado, colocandose en el último lugar con carbón fresco, mientras los restantes avanzan un lugar en la serie.
La alimentación puede efectuarse en sentido descendente, haciendo percolar la solución a través de un lecho fijo de carbón o ascendente pasando la solución a una velocidad apropiadapara mantener las partículas en lecho fluidizado.
La adsorción en lecho fijo requiere una menor cantidad de carbón pero esta limitada o operar solo con soluciones clarificadas y a un flujo específico de no mas de 2 litros/minuto por decímetro cuadrado de sección. El lecho fluidizado puede funcionar con soluciones turbias con flujos que pueden llegar a 10 lt/min/dm2.

FILTRADO DE LA SOLUCION RICA.- El objeto de la filtración es lograr una solución rica cristalina con un contenido de sólidos en suspensión menor a 1 ppm
De todos estos filtros el de mas bajo costo es el filtro de arena, así su lecho de 0.20 m. de espesor requiere 0.25 m2 de area de filtro por m3 solución rica.
La concentración de la solución rica varia de 0.5 a 15 gr de Au/m3 de solución. La concentración que se puede alcanzar en la solución define los requerimientos de agua, agregando agua al sistema para saturar el lecho (0.05 a 0.08 m3/ton) el agua de lavado y las pérdidas por evaporación, el consumo de agua no sobrepasaría 1.5 m3/ton, en este caso no consideramos la posible recirculación de solución estéril proveniente de la precipitación.
Dependiendo de la altura de la pila hay una demora de 3 a 5 días antes que aparezca la solución rica en la base.

PRECIPITACION.-El sistema a usar corresponde al patentado por Crowe y comercializado por Merril Co. de San Francisco con el nombre 'Proceso de Precipitación Merril-Crowe', estas unidades se venden completas y existen varios equipos en nuestro país, este equipoentrega dos productos un precipitado con contenidos de oro y plata e impurezas como Zn, Pb, Hg, y Cu y una solución estéril que se recicla al proceso.

PRECIPITADO.-El precipitado producido se lleva a fundición con fundentes adecuados que guardan relación con la ley de oro y plata contenida.
Una vez fundido el precipitado si contiene oro y plata mas otras impurezas recibira el nombre de metal doré

Resultados de Lixiviación en Montón

No todos los minerales de oro y plata son aptos para un tratamiento por cianuración, ademas de la ausencia o presencia de cantidades limitadas de agentes cianicidas (sulfuros parcialmente oxidados de As, Sb, Zn, Fe y Cu que consumen cianuro), material carbonaceo o pizarroso que adsorbe los metales preciosos puestos en solución y sustancias organicas que quitan oxigeno de las soluciones, elemento vital para que ocurra la reacción, el oro y la plata deben estar en tamaños finos para una rapida disolución. En cianuración en pila la roca huésped debe ser ademas porosa y permeable a la solución, a veces requiere aglomeración. Aún cuando un examen mineralógico pudiera indicar que un determinado mineral oro-plata es adecuado para ser cianurado en pila es necesario estudiar su comportamiento metalúrgico a través de un programa de pruebas de Laboratorio y Piloto.
Inicialmente se llevan a efecto pruebas de cianuración en botella con el objeto de determinar el grado de extracción y consumo de reactivos (NaCN y CaO), si los metales preciosos son lixiviables a untamaño de chancado y con consumo económico de reactivos se prosigue con pruebas de percolación en columnas con el mineral chancado a varias granulometrías hasta -3/8 el 100%, pudiendo usar un sistema simultaneo de adsorción con carbón activado.
En algunos casos es necesario hacer pruebas piloto, estas pruebas se realizan a diversos tamaños de pila, partiendo de una pocas toneladas, Potter recomienda 500 TM como minino de lo contrario el area incluida sera excesiva con la horizontal falseando el ingreso de oxigeno al lecho del mineral.
Presentamos a continuación una prueba de investigación de lixiviación en pila, que representa las mejores condiciones de trabajo y resultados obtenidos para este mineral

Prueba Experimental de Lixiviación en Pila

Peso : 15 Kg.
Malla : 100 % -½'
Ley : 0.49 OZ/TC

Muestra completamente oxidada con abundante contenido de finos en forma de Limonitas

CONDICIONES DE TRABAJO

pH : 10.5
Tiempo : 20 días
Cianuro : 0.10 %
Rate : 2.1 gal/lib/ft2

- Control y reajuste de concentración de reactivos cada 12 hrs.

CONSUMO DE REACTIVOS

Cal : 3.0 Kg/TMS
NaCN : 2.1 Kg/TMS

Nota.- El mineral fue aglomerado con el 50% del consumo de reactivos determinado por agitación, al 10% de humedad durante 24 horas.

Resultados

PRODUCTO VOLUMEN O LEY RECUPERACION %
PESO AU AU

Sol. rica 10.6 litros 18.1 mg/l73.97
Sol. de lavado 12.3 litros 3.4 mg/l 16.12
Residuo cian. 15.0 Kg. 005 oz/TC 9.91
Cab. Calc 15.0 Kg 0.50 oz/TC 100.00

Otros Factores de Lixiviación en Montón

La lixiviación en pila es una operación simple que no requiere molienda fina del mineral, menores consumos energéticos y agua, tiene ventajas económicas con respeto a métodos de agitación, por este motivo es posible procesar minerales marginales.
Los costos de instalación fluctúan entre 20 y 30% de los de una planta por agitación decantación merril-crowe y los costos de operación entre 30 y 65%, esto frente a lixiviación - adsorción en carbón activado - electro obtención.
Los costos reales son bajos sin embargo para operaciones que va de 600 a 6000 TC/día su costo varía de $ 1.70 a 5.32 US$ por tonelada procesada, para una producción de 34,000 TC, el costo total incluyendo labores mineras y chancado a -1/4' fue de 10.41 US $/TC, el costo para 9,000 TC mensuales es de $ 2.54/TC.
El U.S. Bureau Of Mines , recopilando información estimó el costo para mineral no chancado en pilas de 500,000 TC y recuperar los valores con carbón activado en 1.80 US $/TC. la estimación abarcó; construcción del piso asfaltado, carguío del mineral, lixiviación adsorción, desorción y regeneración del carbón por un valor bastante superior que es de alrededor US$ 6.00/TC para una operación de 30,000 TC, donde el mineral es previamente chancado y aglomerado con cal o cemento. Enestos casos no estan incluidos los costos de labores mineras. Kappes estimó en $ 200,000 la inversión necesaria para iniciar una operación de 180 TPD en pilas de 9,000 Ton con mineral sin chancar y sin considerar labores mineras.
Las operaciones comunes en pequeña minería es 100 T PD, en base a lo cual se presenta una estimación de costos. La operación supone chancado del mineral a-1/2', aglomeración con cemento y lixiviación durante 20 días, carga y descarga de la pila, 5 Kg de cemento y 1 Kg. de NaCN por TM.

DESCRIPCION COSTO (US$/TM)
Transporte (carga y descarga) 1.20
Trituración 2 etapas 0.80
Aglomeración 0.65
Lixiviación y adsorción 3.25
Desorción - regeneración
electro-obtención 0.35
Analisis químico 0.30
Otros 0.45
Total (por TM de mineral) 7.00

CONCLUSIONES

- La extracción en 30 - 60 días puede llegar a 60 - 80% del oro total, lograndose extraer el 50% en la segunda semana de tratamiento.

- El consumo de agua es pequeño fluctúa alrededor de 1.5 M3/tonelada.

- El consumo de energía esta centrado fundamentalmente en el chancado que esta en función de la granulometría requerida.

- La cinética de disolución por cianuro tiene el siguiente orden: mercurio, oro, cobre, plata, etc.

- La cinética de adsorción de iones metalicos sobre carbónactivado tiene el siguiente orden: mercurio, oro, plata.

- Encuentra su aplicación para explotar numerosos recursos mineros donde la inversión es un factor determinante y los recursos económicos son escasos; lixiviando los minerales con metales preciosos es factible tener liquidez inmediata.

- El método de lixiviación en pila adsorción en carbón activado desorción y electro-obtención es mas apropiado para minerales que solo tienen oro o mayor proporción de oro respeto a plata.

- Cuando los minerales tienen mayor contenido de plata y poco oro se recomienda precipitar la Ag con Na2S enseguida adsorber el oro en carbón o precipitar ambos elementos con polvo de zinc con el equipo de Merril-crowe, obteniendo en esta último caso un precipitado rico en oro y plata.

- Los costos de operación de Heap Leaching fluctúan entre 2 y 10 US$/TMS y se pueden beneficiar minerales hasta con un gramo de oro por tonelada de mineral.

Ciudad Universitaria, Marzo del 2009

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'Cianuración Intensiva de un Concentrado Aurífero'
Revista del Instituto deInvestigación de la FGMMCG – UNMSM
Vol. 3, N° 6, Pags. 25 - 31, Julio - Diciembre 2000.
Lima - Perú

4. Azañero Ortiz Angel
'Recuperacion de Oro y Plata de Minerales por Heap Leaching'
Revista del Instituto de Investigación de la FGMMCG - UNMSM
Vol. 4, N° 7, Pags. 63 - ENERO - JUNIO 2001.
Lima - Perú

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11. JOHN MARSDEN AND IAN HOUSE
'The Chemistry of gold extraction'
First Published 1993 by
Ellis Horwod limited.
Printed in Great Britain by Harnolls Bodmin C
Cap. 6 - Pag.: 2909 - 292
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NaCN
CaO

Na2S

1

2

3

4

TANQUE SOLUCION
STRIP

DIGESTION

Ag2S
PRECIPITACIÓN

REGENERACION DE CARBON

COLUMNAS DE CARBON

TANQUE DE SOLUCION

MINERAL

SOLUCION
RICA

UNIDAD DE DESORCION

SOLUCIÓN
STRIP

ORO

SOLUCION
RICA

POZA DE
SEDIMENTACION

Fig. 1 - Diagrama de Flujo de Lixiviación en Montón

CaO

SOLUCION BARREN

CARBON
CARGADO

FILTRACION

Ag

CELDA ELECTROLITICA

SOLUCIÓN CIANURADA DE Au