Subido por Arturo Coronel

CIANURACION EN EL 2023

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UNIDAD
El Proceso de
Cianuración
III
Tecsup [email protected]
Indice
Índice
Unidad III : “El Proceso de Cianuración”
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 1
OBJETIVOS ...................................................................................................... 1
GENERALIDADES SOBRE LA DISOLUCIÓN DEL ORO........................................... 1
REACCIONES DE DISOLUCIÓN DE ORO EN SOLUCIONES DILUÍDAS DE
CIANURO DE SODIO......................................................................................... 2
PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA DISOLUCIÓN DEL ORO .................... 3
5.1.
TAMAÑO DE LA PARTÍCULA ................................................................... 3
5.2.
CONCENTRACIÓN DE CIANURO.............................................................. 4
5.3.
CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO ............................................................. 4
5.4.
TEMPERATURA ...................................................................................... 5
5.5.
LA ALCALINIDAD DE LA SOLUCIÓN ........................................................ 5
5.6.
EL Ph Y EH EN LA CIANURACIÓN .......................................................... 6
INFLUENCIA DE COMPUESTOS EXTRAÑOS DEL MINERAL EN EL PROCESO DE
CIANURACION ................................................................................................. 6
MINERALES AURÍFERO – REFRACTARIOS .......................................................... 9
7.1.
¿QUÉ ES UN MINERAL REFRACTARIO DE ORO? .....................................10
7.2.
LIXIVIACIÓN BACTERIANA....................................................................11
RECUPERACIÓN DEL ORO MEDIANTE BIOXIDACIÓN: EL CASO PERUANO ..........13
8.1.
APLICACIÓN DE LA LIXIVIACIÓN BACTERIANA ......................................15
RESUMEN DE LA UNIDAD ................................................................................18
Tecsup [email protected]
Metalurgia Extractiva del Oro
UNIDAD III
“EL PROCESO DE CIANURACIÓN”
1. INTRODUCCIÓN
La cianuración es el método más importante que se ha desarrollado para la extracción del
oro de sus minerales y se usa a escala comercial en todo el mundo. La química del proceso
de cianuración se basa en el hecho, de que bajo condiciones oxidantes, el oro y la plata
pueden disolverse y acomplejarse en soluciones de cianuros alcalinos.
El oro contenido en el licor resultante de la lixiviación, puede recuperarse mediante
cualquiera de los siguientes procesos: precipitación con polvo de zinc o adsorción en carbón
activado.
La presente unidad revisará las conceptos fundamentales del proceso de cianuración e
incluirá el tratamiento especial que requieren los minerales refractarios a la disolución en
soluciones alcalinas, es el caso de la bio – oxidación como tratamiento preliminar asistida
por bacterias.
El producto, luego es sometido a la acción de un ácido para disolver sus componentes
metálicos como el zinc, el hierro y otros. El remanente del proceso anterior, se funde para
obtener el bullón o doré, que luego será refinado.
2. OBJETIVOS
•
Analizar los fundamentos teóricos del proceso de cianuración y las variables que influyen
en la velocidad de reacción.
•
Identificar las técnicas adecuadas que conlleven a una máxima disolución de los
minerales auríferos refractarios.
3. GENERALIDADES SOBRE LA DISOLUCIÓN DEL ORO
Fig. 3.1 Planta de cianuración por agitación de oro.
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Metalurgia Extractiva del Oro
El oro no se oxida a temperatura ordinaria, no es soluble en ácidos: clorhídrico, nítrico y
sulfúrico. Se disuelve en agua regia, la que puede ser dificultada por la presencia de la plata
mediante la formación del cloruro de plata que cubre la superficie del metal.
El oro también se disuelve en soluciones que contengan bromo o cloro, pero con mayor
lentitud, siendo la reacción acelerada por el incremento de la temperatura. El yodo al estado
naciente disuelve al oro.
La base del proceso de cianuración, es que soluciones débiles o diluidas de cianuro de sodio
o potasio, tienen una acción disolvente preferencial sobre partículas de oro metálico
(igualmente sobre la plata), con respecto a otros metales que se encuentran habitualmente
en los minerales de oro.
El cianuro es el término descriptivo general aplicado usualmente al cianuro de sodio (NaCN).
Debiendo mencionarse que el ion cianuro (CN-) es en realidad el que tiene la acción o fuerza
disolvente y la base alcalina del sodio, potasio o calcio, simplemente da la estabilidad
química al compuesto.
4. REACCIONES DE DISOLUCIÓN DE ORO EN SOLUCIONES DILUÍDAS DE CIANURO
DE SODIO
Las reacciones de mayor significación en el proceso de cianuración son las que a
continuación se presentan:
•
Ecuación de Elsner
4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O = 4AuNa(CN)2 + 4NaOH
•
Ecuación sugerida por Janin
2Au + 4NaCN + 2H2O = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2
•
Ecuaciones de Bodlaender
2Au + 4NaCN + 2H2O + O2 = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2O2
2Au + 4NaCN + H2O2 = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH
La ecuación global vendría a ser la misma que la ecuación de Elsner.
Respecto a estas ecuaciones cabe hacer un comentario, en razón de que el constituyente de
mayor importancia es el oxígeno (excepto el de Janin, por lo que pierde credibilidad). Las
reacciones propuestas por Bodlaender resaltan cuán importante es la presencia del oxigeno,
la cual en una cantidad limitada, forma el peróxido necesario por la disolución del oro y en
exceso, propicia la oxidación del ion cianuro a ion cianato.
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Metalurgia Extractiva del Oro
5. PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA DISOLUCIÓN DEL ORO
FACTORES
FACTORES
Tamaño de partícula
Concentración de cianuro
La temperatura
Concentración de oxígeno
PH y Eh en cianuración
5.1. TAMAÑO DE LA PARTÍCULA
Cuando en los minerales se encuentra oro libre
grueso, la práctica usual es separarlo por medio
de trampas hidráulicas gravimétricas, antes de la
cianuración, de lo contrario, las partículas gruesas
no podrán ser disueltas completamente en el
tiempo disponible para llevar a cabo el proceso de
disolución.
Otra práctica para reducir el tamaño de las
partículas de oro, es la molienda y clasificación de
los minerales de oro en circuito cerrado, donde las partículas de oro grueso son
reducidos de espesor y quebrantados, logrando rebosar del clasificador.
Cuando se utilizan cribas hidráulicas en los circuitos de molienda, es posible colectar
partículas de oro hasta de tamaños equivalentes a la malla 65.
Una partícula de oro de 45µ de espesor, no tardaría
más de 12 horas para disolverse, y una de 150µ de
espesor no tardará más de 48 horas para disolverse.
La plata metálica de los mismos espesores que el
oro, tardará el doble de tiempo para disolverse.
La velocidad de disolución, además, está acondicionada a otros factores como: la
aireación, agitación, composición química, concentración de cianuro, grado de
liberación del oro y la eficiencia de la solución de cianuro en uso, entre otras.
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5.2. CONCENTRACIÓN DE CIANURO
La velocidad de disolución del oro en solución de cianuro alcanza un máximo al pasar
de soluciones concentradas a diluidas. Hay variaciones muy grandes en la fuerza de la
solución que provoca la máxima velocidad de disolución del oro, probablemente
debido a la variedad de las técnicas empleadas en la determinación experimental de
los resultados.
Las variaciones incluyen factores como, la razón del volumen de la solución a la
superficie del oro y las mencionadas anteriormente. Si es empleado un gran volumen
de solución de cianuro y la superficie expuesta por el oro es relativamente pequeña y
la agitación es suficientemente intensa para favorecer la difusión de los productos de
la reacción, entonces el factor restrictivo que gobierna la velocidad de disolución del
oro sería la concentración de oxígeno en la solución en contacto con el oro.
5.3. CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO
El uso del oxígeno o de un agente
oxidante es indispensable para la
disolución del oro, bajo condiciones
normales de cianuración. Los agentes
oxidantes, tales como: peróxido de
sodio, permanganato de potasio,
dióxido de manganeso, el bromo y el
cloro han sido utilizados con mayor o
menor éxito en el pasado, pero debido
al costo de estos reactivos y las
complicaciones inherentes en el manejo
de ellos, han dejado de ser usados. De
otro lado, el mejor conocimiento y
entendimiento
de
las
reacciones
involucradas en la cianuración y del
conocimiento de los efectos de los constituyentes del mineral, han demostrado que
una adecuada aireación dan tan buenos resultados como lo hacen los oxidantes
químicos citados.
Según estudios realizados, el efecto del oxígeno en la disolución del oro (que se
muestra en la tabla No. 1), está referida para una solución de cianuro de sodio al
0,1% y a 25°C. Donde se observa que la velocidad de disolución del oro es
directamente proporcional al contenido de oxígeno del gas usado, deduciéndose que
la velocidad de disolución del oro en soluciones de cianuro es directamente
proporcional a la presión parcial del oxígeno.
Tabla No. 1.- Efecto del oxígeno sobre la velocidad de disolución del oro
Oxígeno
(%)
0,0
9,6
20,9
60,1
99,5
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Velocidad de
disolución (mg/cm2.
h)
0,04
1,03
2,36
7,62
12,62
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El uso de oxígeno puro es demasiado costoso, por lo que el aire es la fuente usual
de oxígeno requerido.
5.4. TEMPERATURA
El suministro de calor a la solución de cianuro en contacto
con oro metálico, produce fenómenos opuestos que afectan
la velocidad de disolución. El incremento de la temperatura
aumenta la actividad de la solución, incrementándose por
consiguiente la velocidad de disolución del oro, a la par que
la cantidad de oxígeno disuelto en la solución, disminuye,
debido a que la solubilidad de los gases decrece al aumentar
la temperatura.
Por consiguiente, deberá existir una temperatura óptima para un máximo grado de
disolución. De estudios, se conoce que esta temperatura es 85°C.
¿A qué temperatura
se realiza
usualmente la
cianuración?
En la práctica, el uso de soluciones calientes para la extracción del oro, resulta
desventajosa por el elevado costo, por lo que usualmente en plantas de cianuración
por agitación se lixivia a temperatura ambiente.
5.5. LA ALCALINIDAD DE LA SOLUCIÓN
La reducción de la descomposición del cianuro se logra mediante la adición de cal en
forma de lechada que es la alcalinidad protectora. Es usual mantener esta alcalinidad
mediante la adición de aproximadamente 1,0 libras de cal por tonelada de mineral. El
efecto benéfico de la cal se manifiesta por el efecto logrado en la sedimentación de
las partículas finas o lamas. En algunos casos, para propósitos específicos, la
alcalinidad protectora se mantiene mediante el uso de otros álcalis como el hidróxido
de sodio y carbonato de sodio; estos álcalis, sin embargo, generalmente no son
agentes de sedimentación efectivas.
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El hidróxido de calcio presente en la solución de cianuración cumple funciones
especificas, como:
•
•
•
Previene la pérdida de cianuro por hidrólisis: (NaCN + H2O = HCN + NaOH)
haciendo que la reacción sea favorecida hacia la izquierda.
Previene la pérdida de cianuros por efecto de la acción del dióxido de carbono del
aire: 2NaCN + CO2 + H2O = 2HCN + Na2CO3
Neutraliza los compuestos ácidos y los que generan acidez, tales como sales
ferrosas, férricas, sulfatos, etc.
Ayuda en la sedimentación de las partículas finas, consiguiéndose la clarificación de la
solución cargada de metales preciosos.
5.6. EL PH Y EH EN LA CIANURACIÓN
El mecanismo físico químico de la lixiviación del oro con soluciones de cianuro tiene su
interpretación por diagramas de equilibrio Eh vs. pH para sistemas oro-agua, cianuroagua y oro-cianuro-agua.
Los cationes áuricos (Au3+) pueden estar en equilibrio con oro metálico en el sistema
oro-agua o con iones auro-cianuro Au(CN)2- en el sistema oro-cianuro-agua, hasta pH
1. Los iones de oro predominantes son áuricos y no aurosos, debido a que la reacción
Au°! Au3+ se ubica muy por debajo del límite de estabilidad de la reacción Au°!
Au+. El campo de estabilidad del oro metálico a potenciales de reducción
relativamente bajos, cubre todo el rango de pH, al igual que la estabilidad del agua.
IMPORTANTE
El oro puede formar especies de óxidos insolubles (óxido áurico
hidratado: Au2O3.3H2O " 2Au(OH)3 ó peróxido de oro, AuO2 a
potenciales
relativamente
altos.
Ambos
óxidos
son
termodinámicamente inestables y por lo tanto fuertes oxidantes. La
fuerza oxidante de estos óxidos depende de la acidez del sistema y
declina cuando incrementa el pH. El ácido cianhídrico (HCN) y los
iones de cianuro (CN-) que forma el complejo auroso de cianuro
(Au(CN)2-, son las especies estables a muy bajos potenciales,
siendo el último, predominante a pHs mayores a 9,24. A
potenciales elevados, el ion cianato (CNO-), es la única especie
estable.
6. INFLUENCIA DE COMPUESTOS EXTRAÑOS DEL MINERAL EN EL PROCESO DE
CIANURACION
Muchos investigadores están de acuerdo que la disolución de oro por cianuro está
controlada por difusión, pero en la lixiviación industrial con cianuro, las sustancias
consumidoras de oxígeno pueden afectar decididamente la velocidad de extracción del oro.
La pirrotita (y la pirita, en menor grado), el cobre, el zinc (y todos los metales
fundamentales), arsénico y minerales de antimonio, consumen cianuro.
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Metalurgia Extractiva del Oro
Los cianicidas no solamente consumen
cianuro sino también oxígeno necesario en
la cianuración
Algunas de las reacciones de cianicidas conocidas, se citan a continuación:
•
Fe2+ + 6CN- ! Fe(CN)64-
•
2Cu2+ + 7CN- + 2OH- ! 2Cu(CN)32- + CNO- + H2O
•
ZnO + 4NaCN + H2O ! Na2Zn(CN)4 + 2NaOH
•
Ca3(AsS3)2 + 6NaCN + 3 O2 ! 6KCNS + Ca3(AsO3)2
Los iones de metales comunes (Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Ni2+ y Zn2+), con el cianuro forman
complejos estables, consumiéndolo, reduciendo su actividad y retardando la cianuración del
oro. El cobre en su estado monovalente forma una serie de complejos extremadamente
solubles en soluciones de cianuro:
•
Cu(CN)2- + CN ! Cu(CN)32- + CN ! Cu(CN)43-
La velocidad de cianuración del oro no está afectada por la presencia de
esos iones cuprocianuros, en tanto se mantenga un exceso de cianuro
en solución [(CN total en solución)/(Cu total en solución) > 4]. Por lo
tanto, si en la mena existen elevados niveles de cobre soluble en
cianuro, que no pueden ser eliminados antes de la cianuración, se
deberá añadir un exceso significativo de cianuro. Cuando la solución de
lixiviación contiene más de 0,03% de cobre, el Cu2(CN)2.2NaCN puede
ser precipitado por acidificación controlada con ácido sulfúrico. El
cianuro debería ser regenerado a partir de este precipitado. En la
práctica industrial, si se permite que el contenido de cobre de la solución de lixiviación pase
de 0,03%, la disolución de oro disminuye considerablemente. La recuperación de oro a
partir de soluciones que contienen cobre, tiene que llevarse a cabo por el proceso carbón en
pulpa (CIP), ya que la precipitación de oro con zinc es ineficiente en presencia de elevados
niveles de cobre.
Los minerales sulfurosos reaccionan con el cianuro y oxígeno para formar iones tiocianatos:
S2- + CN- + ½O2 + H2O ! CNS- + 2OH-
La pirita es el más estable (por lo tanto el menos problemático) de los sulfuros de hierro. La
marcasita descompone más rápido que la pirita y puede ser un cianicida, pero es menos
detestable que la pirrotita. Este es un cianicida muy negativo, su velocidad de
descomposición es más rápido que otros minerales piritosos.
La pirrotita se descompone formando sulfatos ferrosos y férricos; por lo tanto, consume el
oxígeno disuelto en la solución:
•
Pag. 7
Fe7S8 + NaCN ! NaCNS + 7FeS
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•
FeS + 2 O2 ! FeSO4
•
FeSO4 + 6NaCN ! Na4Fe(CN)6 + NaSO4
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El sulfuro alcalino puede ser uno de los productos iniciales de la reacción entre la pirrotita y
el cianuro alcalino de la solución. El ion sulfuro es un veneno muy poderoso para la
cianuración de oro; se han reportado, inclusive, que cantidades menores a 0,05 ppm de ion
sulfuro, disminuirá notablemente la disolución. El sulfuro alcalino debería ser oxidado en
presencia de oxígeno a tiosulfato, sulfato y/o tiocianato como se expresa en las siguientes
reacciones:
2Na2S + 2 O2 + H2O ! Na2S2O3 + 2NaOH
Na2S2O3 + 2NaOH + 2 O2 ! 2Na2SO4 + H2O
2Na2S + 2NaCN + 2H2O + O2 ! 2NaCNS + 4NaOH
De este modo la descomposición de minerales portadores de azufre pueden dar iones
tiosulfato y politiocianatos que merman el cianuro y el oxígeno disuelto de la solución:
•
2S2O32- + 2CN- + O2 ! 2CNS- + 2SO42-
El tiocianato se forma por la reacción del cianuro con sulfuro, oxisulfuro, iones arsenosulfuro y azufre elemental.
Minerales portadores de arsénico, arsenopirita (FeS.FeAs), rejalgar (As2S2) y oropimente
(As2S3), a menudo están asociados con menas de oro y pueden reaccionar con soluciones
cianuradas, consumiendo oxígeno y cianuro. AsS32-, AsO32-, AsO42-, S2O32-, SO42- y CNS- han
sido identificados como los productos de reacción de oropimente y solución alcalina de
cianuro aireada. Algunos de estos iones consumirán oxígeno adicional para alcanzar un
estado estable y otros, como el S2- y S2O32- pueden ser adsorbidos sobre la superficie del oro
e inhibir la cianuración.
La presencia de la arsenopirita en la mena puede causar la pérdida de cianuro y oxígeno
disuelto a través de su descomposición. En este aspecto, la estibina puede ser peor que la
arsenopirita; en adición al oxígeno adsorbido por los sulfuros alcalinos formados durante su
descomposición, los iones de tioantimonita (SbS32-) y sulfuro (S2-) generados pueden ser
adsorbidos sobre la superficie del oro e impedir la reacción con el cianuro. Además, se debe
tener presente que la elevada presencia de cal, acelera la descomposición de la pirrotita y
reduce el efecto de las sales de plomo, que se hace mención.
En algunos casos, para evitar la formación de ferrocianuros, suele añadirse litargirio en la
etapa de molienda, produciéndose las siguientes reacciones:
•
Fe7O8 + PbO ! PbS + 7FeS + ½ O2
•
FeSO4 + PbO ! PbSO4 + FeO
•
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2FeO + 3H2O + ½O2 ! 2Fe(OH)3
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Metalurgia Extractiva del Oro
El efecto negativo de los minerales de arsénico y antimonio, puede ser resuelta con iones de
plomo, los cuales, además de precipitar iones sulfuro, aceleran la oxidación de los iones
tioarsenato (AsS32-) y tioantimonito (Sb3S32-). El efecto de la estibina puede ser controlado,
al menos parcialmente, oreando la mena molida antes de cianurarla. Sobre la superficie de
la estibina oreada, en contacto con agua, se forma un sulfato básico de antimonio.
La adición de una cantidad de cal pre-derminada y la
agitación de las pulpas con alto contenido de minerales
de pirrotita, arsénico y/o antimonio (los llamados
minerales refractarios), es un pre-requisito a la
cianuración. A esta etapa, le sigue una cianuración
convencional con la notoria reducción de consumo de
cianuro y la separación de los sulfuros solubles como
sulfatos básicos, oxidar el ferroso y precipitarlo en la
forma de hidróxidos férricos.
Los principales minerales de plomo, galena (PbS) y
anglesita (PbSO4) se comportan igual en las soluciones
de cianuro, ya que la galena se oxida fácilmente a
sulfatos de plomo. Concentraciones bajas de álcali o cal
deberían ser usadas en presencia de minerales de plomo, para evitar la formación de
plumbita, la cual puede consumir cianuro. Con exceso de álcali, ocurren las siguientes
reacciones:
•
4NaOH + PbSO4 ! Na2PbO2 + Na2SO4 + 2H2O
•
3Na2PbO2 + 2NaCN + 4H2O ! Pb(CN)2.2PbO + 8NaOH
Finalmente, se ha reportado que, durante la tostación de piritas auríferas portadoras de
bajas concentraciones de minerales de plomo, los compuestos de plomo pueden recubrir las
partículas de oro y hacer que éstas sean casi insolubles en cianuro. La recuperación de tales
calcinas puede ser mejorada por un tratamiento preliminar con ácido clorhídrico diluido para
separar el plomo, seguido de adición de cal y cianuración.
7. MINERALES AURÍFERO – REFRACTARIOS
Conforme se van agotando las minas que contienen
minerales oxidados de fácil lixiviación, se incrementa la
presión por encontrar nuevos métodos, económicamente
viable, para la explotación de yacimientos que contienen
refractarios.
Cabe señalar que las mayores innovaciones para el
procesamiento de minerales en los que el oro no puede
concentrarse mediante flotación, se están desarrollando en
Estados Unidos, donde se aplica mayormente la oxidación de
minerales, antes que la cianuración.
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Metalurgia Extractiva del Oro
En el tratamiento de minerales refractarios es esencial adoptar un enfoque global, que
incluya minado, metalurgia y medio ambiente. Los beneficios de flotación y tostación en
términos de recuperación adicional, al momento de cianurar, deben superar los costos
(capital + operación) de la planta de flotación y de tostación. Al evaluar los beneficios de
flotar antes de la tostación de concentrados, el oro que no se recupera por flotación debe
ser valorizado como costo.
Muy recientemente, las compañías están reconociendo que la aplicación sinergética de dos
procesos de tratamiento de minerales refractarios puede ahorrar costos en forma sustancial.
Un ejemplo de esto es el uso de la bio-oxidación durante la etapa de acidificación, antes de
la etapa de oxidación por autoclave de un concentrado de pirita y arsenopirita, que se
realiza en San Bento, Brasil. Como el concentrado contiene carbonatos y necesita ser
acidificado antes de ingresar al autoclave para eliminar el CO2, y como la bacteria necesita
de CO2 para poder metabolizar los sulfuros, estos dos procesos puedan complementarse
muy bien. Puede también considerarse una molienda fina antes de la etapa de biooxidación, debido a que esto acelera el proceso; pero, por supuesto, antes de tomar la
decisión, es necesario evaluar primero los costos y beneficios.
Es importante no asumir conclusiones antes de realizar las evaluaciones respectivas. Al
respecto, citaré el caso de una mina sudafricana en Transvaal que producía oro en
arsenopirita, la misma que tenía apariencia muy similar a la de un mineral refractario de otra
mina en el área. En 1940 se construyó un tostador para tratar los concentrados de flotación.
Casi 40 años después, la empresa Mintek fue comisionada para tratar de optimizar el
proceso de recuperación de oro y encontró que el mineral ya no era refractario. Por años y
posiblemente por décadas, la operación había soportado los costos extras de flotación y
tostación para recuperaciones que podían ser alcanzadas por una cianuración directa del
mineral.
Debemos recordar que, con frecuencia, el mineral refractario ocurre por zonas, pues casi
nunca el mineral es uniforme en todo el cuerpo mineralizado. En consecuencia, es muy
importante evaluar bien la mina y conocer sus características.
7.1. ¿QUÉ ES UN MINERAL REFRACTARIO DE ORO?
El mineral de oro es llamado refractario cuando el oro no
puede ser lixiviado por métodos convencionales.
Los minerales de oro refractarios son lixiviados en solución alcalina de cianuro de
sodio, luego de la molienda a malla – 200 (74 micrones).
Hasta los minerales que rinden excelentes recuperaciones (por ejemplo 96% de oro
soluble en cianuro) contienen frecuentemente elementos refractarios.
En verdad, la mayoría de minerales contienen siempre algún componente refractario.
Por ejemplo: los minerales de oro de la zona Witwaterrand (Sud Africa) son los menos
refractarios en el mundo. Las recuperaciones de 96% o más son típicas, existiendo un
remanente de 4% o menos que no cianura. Parte del porcentaje que no cianura se
puede deber a una importante liberación durante la molienda (la clasificación por
ciclones no es perfecta, y algunas partículas grandes pasan al circuito de lixiviación);
pero la otra parte no cianurable se debe a la presencia de componentes refractarios.
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Metalurgia Extractiva del Oro
Si de disolver el metal se trata, el proceso de cianuración no presentará mínima
dificultad si se satisfacen los siguientes requerimientos:
Oro en partículas finas, limpias y libres
presente en matrices porosas que permitan
el fácil contacto con la solución lixiviante.
Ausencia de especies mineralógicas
interferentes, que puedan originar
reacciones paralelas de alta cinética
consumidoras de oxígeno.
Requerimientos
Requerimientos
para una buena
para una buena
disolución.
disolución.
Ausencia de materiales/especies orgánicas o
inorgánicas que readsorban el oro disuelto.
Las condiciones propiamente operativas no presentan mayor dificultad en su control
dentro de los niveles convencionales de la cianuración, esto es, soluciones con 0,5 a
2,0 g/l de cianuro libre, pH comprendido entre 10,5 a 11,0, adecuada aireación de la
pulpa o soluciones y la granulometría mas conveniente del mineral; factores todos
conducentes a encontrar la combinación óptima de los siguientes objetivos:
Mínimo tiempo
de retención
Mínimo consumo
de reactivos
Máximas
extracciones
Cualquier aspecto que atente contra estos objetivos determinará el grado de
refractoriedad del mineral a su disolución en soluciones alcalinas de cianuro. “Mineral
o especie refractaria” como aquel que no responde satisfactoriamente a determinado
proceso considerado convencional.
7.2. LIXIVIACIÓN BACTERIANA
La lixiviación natural de minerales sulfurados, expuestos a la atmósfera, ha estado
ocurriendo por tiempos geológicos. Desde varios siglos, el hombre conoce las aguas
ácidas originadas desde minas de carbón, de cobre y de botaderos.
Debido a problemas de contaminación por los drenajes ácidos de minas de carbón,
bastantes formas de control se adoptaron, pensando que el origen era solamente de
carácter químico.
En 1947, Colmer y Hinckle, propusieron que un microorganismo especifico, llamado
Thiobacillus ferrooxidans, era el responsable de la generación de ácido en las minas
de carbón por los mecanismos:
•
•
•
Pag. 11
Bio-oxidación sobre la pirita.
Bio-oxidación del Fe+2 a Fe+3.
Hidrólisis de las sales férricas.
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Metalurgia Extractiva del Oro
En 1954, Bryner, estableció que la
mismo bacteria, actuaba sobre la
oxidación de sulfuros de cobre,
produciendo H2SO4 y solubilizando el
cobre. Posteriores estudios, han
establecido
que
la
Thiobacillus
ferrooxidans
bajo
condiciones
adecuadas, puede atacar el Fe+2 a
Fe+3 y solubilizar otros metales
presentes
a
sulfatos.
Notable
excepción son los sulfuros de Hg y Pb.
A mediados de la década del 50, se
estableció la correlación de la acción bacterial en el yacimiento de Bingham Canyon
(División Utah, Kennecott), como factor lixiviante sobre un yacimiento de cobre y en
1963 en las minas de Río Tinto (España). Actualmente la lixiviación microbiológica de
menas de baja ley en botaderos para la extracción de cobre, juega un rol fundamental
como alternativa de las operaciones mineras y de procesamiento de minerales
convencionales.
7.2.1.
BACTERIAS LIXIVIANTES
Varias especies de bacterias participan en la lixiviación de minerales, pero la
Thiobacillus ferrooxidans y menormente el thiobacillus tiooxidans son las
principales bacterias con acción en la lixiviación bacterial. Estos son:
•
•
•
•
Aeróbicos
Quimiautotróficos
Acidofílicos
Moderadamente termofílicos
La thiobacillus ferrooxidans utiliza el CO2 como su
fuente de carbono y requiere una fuente de nitrógeno y
de fósforo para su crecimiento y metabolismo. Obtiene
su energía para su vida y metabolismo por la oxidación
de substancias inorgánicas (sulfuros metálicos, Sº, Fe+2,
S-2, S2O3-2, S4O6-2), generando Fe e ion sulfato como
productos finales.
Para explicarse la lixiviación de sulfuros por actividad bacterial, esta se
analiza por dos caminos diferentes:
•
Pag. 12
Lixiviación directa
Involucra que las bacterias pueden atacar la superficie de minerales
sulfurados sobre los componentes que son susceptibles de oxidar,
causando una transferencia de electrones desde el hierro o azufre en la
red cristalina hacia el oxígeno de la fase acuosa.
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•
Lixiviación indirecta
No procede por el ataque de la bacteria sobre la estructura atómica del
mineral, sino, por la oxidación de Fe+2 acuoso en Fe+3, que es un
poderoso agente oxidante que actúa sobre los minerales sulfurados
solubilizándolos en soluciones ácidas. El caso indirecto, se habla de
lixiviación bacterialmente asistida.
Ahora, en una solución ácida sin bacterias los iones Fe+2 están estables y
la lixiviación con Fe+3 es lenta. La thiobacillus ferrooxidans acelera las
reacciones de oxidación por un factor superior a 106 veces.
8. RECUPERACIÓN DEL ORO MEDIANTE BIOXIDACIÓN: EL CASO PERUANO
Los minerales refractarios pueden reportar extracciones del 30 – 40% de oro cuando se
trata con cianuro a una molienda típica de -200 mallas, pero algunas recuperaciones son
considerablemente más bajas, como el caso especifico de una minera peruana, cuyos
concentrados reportan extracciones de alrededor 10% cuando se aplica cianuración directa.
La bioxidación es un tratamiento alternativo a la tostación y a la lixiviación a presión que
esta siendo usada para tratar concentrados refractarios con agitación mecánica y para tratar
minerales sulfurados de baja ley en pilas de lixiviación. El proceso biohidrometalúrgico
BIOX® que es un tratamiento previo a la cianuración de minerales refractarios de oro
presenta las siguientes ventajas:
Mejoramiento de
la recuperación
de oro.
Proceso amigable
con el medio
ambiente.
Mejoramiento de
la recuperación
de oro.
VENTAJAS
VENTAJAS
Importante
reducción de los
costos de capital.
Proceso flexible y
fácil de controlar,
requiriendo. una
operacn simple.
El proceso BIOX® hace uso de un cultivo mixto de
bacterias
nativas
mesófilas
compuesto
de
thiobacillus ferrooxidans, thiobacillus thiooxidans y
leptospirillus ferrooxidans. Este cultivo ha sido
adaptado exitosamente para tratar muchos tipos de
minerales conteniedo altos niveles de elementos
potencialmente tóxicos, como por ejemplo: arsénico
al 22%, antimonio al 10% y mercurio al 0,24%.
La empresa ha realizado pruebas a nivel laboratorio
y a nivel de planta piloto, en el Instituto TECSUP,
de sus concentrados refractarios de oro, obteniendo resultados exitosos para la actualización
de la tecnología BIOX® en una planta, cuya construcción se está realizando.
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La solución de biolixiviación es tratada en una planta de neutralización, en donde se
precipitan los elementos metálicos, principalmente As y Fe. La solución final tiene un pH
cercano a 7 y puede ser descargada al medio ambiente o recirculada a las operaciones
metalúrgicas, siendo una buena alternativa desde el punto de vista ambiental al maximizar
el reciclaje de aguas y reducir el volumen que se descarga al medio ambiente. Mediante la
neutralización se forma un precipitado muy estable que de acuerdo con la prueba TLCP
(Toxicity Characteristic Leaching Procedure), cumple con las normas establecidas por la EPA
( Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos)
La empresa ha evaluado distintas alternativas posibles para la recuperación del oro, a partir
de sus relaves de flotación, que se encuentra finalmente diseminado en la arsenopirita. El
concentrado fue sometido a diferentes pruebas:
Alternativas de atamiento
Lixiviación convencional
Presión oxidante
Lixiviación bacteriana
•
La lixiviación
Fue llevada a cabo a 610ºC durante 3 horas. La eliminación de As y Sb fue mayor de
95%, produciéndose una pérdida de peso mayor de 40%; sin embargo, la extracción de
oro después de cianurar la calcina no pasó de 60%. Además este proceso se vuelve
inaceptable por las emisiones de SO2 y As2O3 al medio ambiente.
•
La lixiviación a presión oxidante
Se llevo a cabo a 210ºC, 1050 kPa O2 durante 4 horas. Estas condiciones se
recomiendan para promover la completa oxidación de los sulfuros y/o oxidar el azufre
elemental cuya presencia es indeseable en la cianuración. La extracción de oro, luego de
cianurar los residuos, fue de 95% y de 60% para la plata. Es común que parte de la
plata precipite como jarosita, que luego no es recuperable por cianuración.
•
La lixiviación bacteriana
Se llevó a cabo utilizando un cultivo mixto de bacterias procedente de la misma mina.
Los residuos de este proceso fueron sometidos a cianuración y reportaron extracciones
de 92% para el oro y 60% para la plata.
Después de analizar los residuos obtenidos a nivel de laboratorio, se decidió por la
alternativa de lixiviación bacteriana teniendo en cuenta las ventajas técnico-económicas
de la misma.
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8.1. APLICACIÓN DE LA LIXIVIACIÓN BACTERIANA
La biooxidación es un proceso eficiente y no contaminante
para tratar concentrados refractarios de oro, a diferencia de
la tostación. En algunos casos la biooxidación puede reducir
el costo de capital en 20%, el costo operativo en 10% y el
tiempo de construcción en 25%, mientras la recuperación del
oro se incrementa en 2 – 13%. La lixiviación bacteriana en
pilas de minerales sulfurados con baja ley de oro (alrededor
de 2g/TM) es un proceso novedoso que puede elevar
considerablemente las reservas de oro en las minas.
La lixiviación bacteriana consiste en la solubilización de los
sulfuros metálicos, contenidos en un mineral, mediante
reacciones de sulfuración, catalizadas por algunas bacterias que utilizan la energía
liberada en el proceso para su metabolismo. Además de solubilizar el sulfuro
enzimáticamente, la actividad de estos microorganismos genera ácido sulfúrico
considerado como un potente lixiviante químico.
La bacteria thiobacillus ferrooxidans es la más
conocida y estudiada en las bacterias usadas
en los procesos de lixiviación. Obtiene energía
para su crecimiento y mantensión celular, tanto
la oxidación del fierro ferroso, como también
del compuesto del azufre como los sulfuros de
cobre, hierro, níquel, zinc, entre otros. Es decir,
crece óptimamente en presencia del ion
ferroso, de acuerdo con las siguientes
reacciones:
2Fe+2
2Fe+3 + 2e-
2H+ + 1/2O2 + 2e-
H2O
2Fe+2 + 1/2O2 + 2H+
2Fe+3 + H2O
Otras bacterias importantes en el proceso son Leptospirillus ferrooxidans y thiobacillus
thiooxidans. El proceso de lixiviación bacteriana puede ser representado globalmente
por la siguiente reacción:
MS + 2O2 + H+
MSO4 + H2O
Donde MS es el sulfuro metálico y MSO4 es el sulfato del metal en forma soluble. La
lixiviación de arsenopirita y pirita usando técnicas biohidrometalúrgicas puede ser
representada con las siguientes reacciones:
2FeAsS + 6,5O2 + 3H2O
FeS2 + 3,5O2 + H2O
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bacteria
bacteria
2FeSO4 + 2HAsO4 (1)
FeSO4 + H2SO4
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El sulfato férrico, como se sabe, es un oxidante para la arsenopirita y pirita.
H2AsO4 + 3FeSO4 + S0
FeAsS + Fe2(SO4)3 + 1,5H2O + 1,25O2
3FeSO4 + 2S0
FeS2 + Fe2(SO4)3
(2)
El sulfato ferroso y el azufre elemental son oxidados por acción bacteriana a sulfato
férrico y ácido sulfúrico respectivamente:
2 FeSO4 + H2SO4 + 0,5O2
S0 + H2O +O2
bacteria
Fe2(SO)3 + H2O
bacteria
H2SO4
(3)
(4)
La oxidación de la arsenopirita, expresada en la ecuación (1), se refiere al ataque
bacteriano directo; mientras que la oxidación de la misma por sulfato férrico en la
ecuación (2) se conoce como ataque bacterial indirecto. El rol de la bacteria al final
del proceso de lixiviación es una continua reoxidación de hierro ferroso a hierro férrico
y el azufre elemental a ácido sulfúrico.
Los parámetros típicos de lixiviación bacteriana en tanques son:
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•
El pH debe mantenerse en el rango de 1,2 – 1,8.
•
La aireación debe permitir como mínimo 2 ppm de oxígeno disuelto en la pulpa.
•
La dilución de pulpa es 4,1.
•
Tiempo de residencia de 4 a 5 días.
•
La temperatura de la pulpa debe estar en el rango de 40 – 45ºC.
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9. RESUMEN DE LA UNIDAD
El oro es un metal noble con cualidades muy particulares que industrialmente se logra
disolver en soluciones alcalinas y diluidas de cianuro de sodio. La reacción más
representativa la constituye la ecuación de Elsner que, sin embargo, requiere condiciones
oxidantes para proceder.
Existen varios factores que afectan el grado de disolución del oro en medio cianurado, entre
los cuales destacan la concentración de cianuro, la granulometría del mineral, la
concentración de oxígeno, la temperatura y el pH entre otros.
En la cianuración será importante mantener un grado de alcalinidad adecuado a fin de evitar
la hidrólisis del cianuro; por lo que será necesario mantener un pH entre 10,5 – 11,5.
Es importante también tener en cuenta la influencia de otros compuestos ajenos al proceso
de cianuración que, sin embargo, deberán ser tomados en cuenta. Estos son los minerales
cianicidas que consumen cianuro y, algunos, el oxígeno necesario para la reacción.
Es importante mencionar que conforme se van agotando los minerales oxidados de fácil
lixiviación, se ha tenido que recurrir a la explotación y tratamiento de minerales refractarios
de especiales características.
FIN DE LA UNIDAD
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