LIXIVIACIÓN EN PILAS, EXTRACCIÓN POR SOLVENTE Y ELECTRO OBTENCIÓN: 

UNA CADENA DE TECNOLOGÍA MODERNA

En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se

realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas:

 Lixiviación en pilas.

 Extracción por solvente.

 Electroobtención.

 PRIMERA ETAPA: LIXIVIACIÓN EN PILAS

¿CUÁL ES EL OBJETIVO?

La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los

minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua.

Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones

ácidas.

¿CÓMO SE REALIZA EL PROCESO?

CHANCADO

Las pilas deben ser regadas con una solución de ácido sulfúrico, la que circula por cañerías

distribuidas homogéneamente.

El material extraído de la mina (generalmente a rajo abierto), que contiene

minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y

secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material

mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño es suficiente

para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución

ácida.

FORMACIÓN DE LA PILA: el material chancado es llevado mediante correas

transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila. En este trayecto el material

es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico,

conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso

de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados. En su destino, el

mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va

depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la

pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y

aspersores que van cubriendo toda el área expuesta.

Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana

impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que

permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

SISTEMA DE RIEGO: a través del sistema de riego por goteo y de los aspersores,

se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie

de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente.

La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una

solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada

fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de

lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre

lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos

donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de

cobre.

¿QUÉ SE OBTIENE DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN?

De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones

de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques

donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas.

Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extracción por

solvente.

SEGUNDA ETAPA: EXTRACCIÓN POR SOLVENTE (SX)

Los aspersores riegan el material mineralizado acumulado en las pilas con una solución de

ácido sulfúrico, durante 45 días.

¿CUÁL ES EL OBJETIVO?

En esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se

concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpl a 45 gpl, mediante una extracción iónica.

¿CÓMO SE HACE?

Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y

resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre (CU+2) en forma

selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una

solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de

lixiviación y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución

electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el

electrolito (solución), mejorando la concentración del cobre en esta solución gasta llegar a

45 gpl. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención.

TERCERA ETAPA: ELECTROOBTENCIÓN (EW)

La solución de cobre producto de la lixiviación se recoge en canaletas y se lleva al proceso

de extracción por solvente y luego a electroobtención.

Esta etapa corresponde al desarrollo de un proceso electrometalúrgico   mediante el cual se

recupera el cobre disuelto en una solución concentrada de cobre.

¿CUÁL ES EL OBJETIVO?

Mediante el proceso de electroobtención se recupera el cobre de una solución electrolito

concentrado para producir cátodos de alta pureza de cobre (99, 99%) muy cotizados en el

mercado.

¿CÓMO SE HACE?

La solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre (Cu SO4) es

llevada a las celdas de electroobtención que son estanques rectangulares, que tienen

dispuestas en su interior y sumergidas en solución, unas placas metálicas de

aproximadamente 1 m2 cada una.

Estas placas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. Los ánodos son placas

de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por éstos se introduce la corriente

eléctrica, en tanto que los cátodos son placas de acero inoxidable, que corresponde al polo

negativo, por donde sale la corriente.

Todas las placas están conectadas de manera de conformar un circuito por el que se hace

circular una corriente eléctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por los ánodos

y sale por los cátodos.

El cobre en solución (catión, de carga positiva +2: Cu+2) es atraído por el polo negativo

representado por los cátodos, por lo que migra hacia éstos pegándose partícula por partícula

en su superficie en forma metálica (carga cero).

¿QUÉ SE OBTIENE?

Una vez transcurridos seis a siete días en este proceso de electroobtención, se produce la

cosecha de cátodos. En este tiempo se ha depositado cobre con una pureza de 99,99% en

ambas caras del cátodo con un espesor de 3 a 4 cm, lo que proporciona un peso total de 70

a 80 kg por cátodo.

Cada celda de electroobtención contiene 60 cátodos y la cosecha se efectúa de a de 20

cátodos por maniobra. Los cátodos son lavados con agua caliente para remover posibles

impurezas de su superficie y luego son llevados a la máquina despegadora, donde en forma

totalmente mecanizada se despegan las hojas de ambos lados, dejando limpio el cátodo

permanente que se reintegra al ciclo del proceso de electroobtención.

Los cátodos de cobre son apilados y embalados mediante zunchos metálicos para su

transporte final al puerto de embarque, mediante camiones o ferrocarril. Previamente, se

efectúa un muestreo sistemático de algunos cátodos para determinar su contenido de cobre,

que debe ser de 99,99%, e impurezas (menos de 0,01%, principalmente azufre).

ASPECTOS DE SEGURIDAD EN HIDROMETALURGIA

La seguridad en el trabajo de la lixiviación guarda relación, principalmente, con la

observación de normas de cuidado, de manejo y uso del ácido sulfúrico.

Para realizar un trabajo seguro es importante conocer algunas de las características

principales del ácido sulfúrico:

 Es un líquido aceitoso, transparente e incoloro en estado puro.

 Se trata de un ácido fuerte.

 Si se calienta por encima de 30 ºC emite vapores.

 Es un ácido de gran reactividad. Cuando se encuentra frío reacciona con todos los

metales, y al aumentar su temperatura se incrementa su reactividad.

 Tiene gran afinidad con el agua, por lo que produce quemaduras al extraer el agua

de la materia orgánica.

 No es un ácido inflamable, pero en grandes concentraciones y si entra en contacto

con combustibles puede causar incendios.

SEGURIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN DE DEPÓSITOS

Cancha de lixiviación. Radomiro Tomic.

Los depósitos donde se realizarán los procesos que utilizan ácido sulfúrico pueden ser de

madera, concreto o acero inoxidable. Deben tomarse todas las precauciones para que el

drenaje y el lavado del depósito se realicen con abundante agua y desde la cima de los

estanques.

SEGURIDAD DE LOS EQUIPOS Y DE LA VENTILACIÓN

Tanto para la elección de los equipos a utilizar, como en su almacenaje y manipulación, es

necesario considerar que el ácido sulfúrico es altamente corrosivo para muchos metales y

aleaciones.

Los estanques de almacenamiento y orificios de inspección, deben ser diseñados para

permitir que una persona con arnés de rescate, línea de seguridad y aparato de respiración

pueda entrar y salir rápidamente.

De igual forma, los estanques de almacenamiento deben estar siempre protegidos por

ductos de respiración ubicados de manera tal que faciliten la evacuación de la zona en caso

de una sobrecarga accidental.

El vapor del ácido sulfúrico, aunque no es seriamente tóxico es extremadamente irritante

para el sistema respiratorio superior, por lo que es importante mantener una ventilación

adecuada en todos los recintos donde se trabaje con él. A su vez, los lugares de almacenaje

deben ser abiertos o bien ventilados.

Respecto de las instalaciones eléctricas, es importante que todos los cables estén dentro de

cañerías rígidas o de metal que los protejan de los líquidos y que sean a prueba de ácido

sulfúrico. Al mismo tiempo, se requiere que tengan conexiones a tierra.

Además, se necesita que todos los equipos eléctricos como controles de nivel, alarmas,

controles de bomba y otros, sean de bajo voltaje y que no se produzcan chispas.

SEGURIDAD DE LOS TRABAJADORES

Riego en planta de EW, evitando lluvia ácida. Planta Chuquicamata.

Es importante que los trabajadores de las secciones en las que se utiliza el ácido sulfúrico

tengan un entrenamiento específico que les permita adquirir tanto las prácticas seguras,

como el uso del equipo de seguridad. A su vez, se les debe advertir respecto de evitar

derrames, capacitándolos para una correcta reacción en el caso de que estos ocurran.

La formación de los trabajadores en relación a la seguridad debe incluir el desarrollo de

instrucciones y simulacros periódicos para el entrenamiento de conductas en relación con:

 Uso de equipos de incendio

 Uso del equipo de protección personal

 Uso de duchas de seguridad, bañeras de ojos, fuentes de agua.

 Uso de los equipos e instalaciones para evitar inhalaciones de vapor y el contacto

directo con el líquido.

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL PARA OJOS Y CARA

-  Protección de los ojos: se utilizan antiparras de seguridad química con marcos de goma

equipadas con lentes de vidrio o plástico resistente al impacto.

 - Protectores faciales plásticos con protección en la frente (de largo completo de al menos

8 pulgadas) que pueden ser usados en adición a las antiparras.

 - Protecciones respiratoria, en el caso de personas expuestas a emanaciones de ácido

-  Aparato de respiración autónomo

-  Máscaras alimentadas por sopladores

 - Máscaras de aire alimentadas con aire comprimido limpio

-  Máscara respiratoria con filtro mixto para polvo y gases y vapores ácidos, a usar en el

carguío y descarga de ácido sulfúrico.

PROTECCIÓN DE CABEZA

Trabajador con elementos de protección personal. Codelco Norte.

 Casco de seguridad en lugares donde existe peligro de caída de objetos.

PROTECCIÓN DE PIES

 Botas de seguridad de goma, media caña, con puntera de acero.

PROTECCIÓN DEL CUERPO

 Uso de ropa de poliéster antiácida sobre la cual debe usarse un pantalón y

chaqueta impermeable, de manga larga y broches seguros.

PROTECCIÓN DE LAS MANOS

 Guantes de PVC largos, tipo mosquetero.

EQUIPOS EN PLANTA DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTE:

Los procesos de extracción de cobre por solvente a partir de la solución de lixiviación que

se han desarrollado a escala industrial, se basan principalmente en la puesta en contacto de

esta solución lixiviada con el disolvente sin carga. Esta operación se realiza en 3 ó 4 etapas

de mezcladores y sedimentadores que funcionan en contracorriente, dispuestos y arreglados

para asegurar que el disolvente entrante -sin carga- tenga un contacto final con la solución

acuosa estéril saliente (el refino), que después de esta etapa retorna a la operación de

lixiviación para uso posterior.

La transferencia de la fase orgánica recientemente cargada hacia la sección de agotamiento

donde está en contacto con el electrolito agotado fuertemente ácido, se desarrolla en una

serie de 2 a 3 etapas en contracorriente en mezcladores y sedimentadores. Después de la

etapa final de agotamiento, la fase orgánica estéril se retorna a la sección de extracción.

El electrolito enriquecido es bombeado al circuito de separación por electrólisis

(electroobtención), de manera que sólo una parte del total del electrolito en circulación se

envía al circuito de agotamiento, con el fin de reducir el volumen del electrolito en esa

sección y aumentar la eficiencia del proceso.

EQUIPOS DE LA PLANTA SX

El equipamiento básico de una planta de SX consiste en:

UN MEZCLADOR RELATIVAMENTE PROFUNDO: que recibe por bombeo las

fases acuosa y orgánica para su mezcla y emulsión.

Este mezclador cuenta con un impulsor que evita el arrastre de la fase orgánica

(como finas dispersiones) en la fase acuosa, de acuerdo con una configuración y

velocidad rotacional que se le ha definido.

UN SEDIMENTADOR: poco profundo y de gran área. Mediante este equipo se

logra la separación de las dos fases, facilitado por un sistema de doble compuerta

que va por todo su ancho.

El aumento de la temperatura en la emulsión hasta cerca de 25ºC, mejora la rapidez

de la reacción y permite lograr una mejor separación de las fases.

UNA MANGUERA : distribuidora que va entre el mezclador y el sedimentador,

para asegurar un flujo laminar.

EQUIPOS MEZCLADORES DECANTADORES: (mixer-settler) del tipo perfil

bajo, formados por un cajón mezclador múltiple y un decantador al mismo nivel que

el mezclador. En el mezclador se produce la mezcla de la solución acuosa con el

reactivo de extracción, usando un agitador que bombea y revuelve la mezcla

mediante una turbina.

PARÁMETROS DE LA OPERACIÓN DE PLANTA

Coalecedores de la planta de Chuquicamata.

Remoción de arrastres de fase acuosa (acuoso) en orgánico.

RELACIONES DE FLUJO ORGÁNICO / FLUJO ACUOSO: (O/A), medidos en

las etapas de extracción y de descarga (de recirculación del electrolito necesario

para alcanzar razón de O/A requerida en el mezclador)

TIEMPO DE RESIDENCIA : en mezcladores la que se expresa en minutos.

FLUJO TOTAL :en cada equipo (m3/min) y equivalencia de (m3/h) de flujo

acuoso tratado.

RECOMENDACIONES :

Trinium de descarga- lixiviación

1.- El trinium de descarga debe estar conectado con el molino de bolas.

2.- Cambiar y colocar adecuadamente la malla.

3.- Mantenimiento y pintado a la tolva y el molino de bolas.

4.- Colocar adecuadamente el tomacorriente correspondiente.

TRINIUM DE DESCARGA

TRINIUM DE DESCARGA (interior)

Bibliografía: https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/escolares_lixiviacion.asp

RECOMENDACIONES :

Proceso de lixiviación

1.- Cambiar la batea.

2.-Reemplazar las piezas oxidadas por unas nuevas.

3.-Engrasar y dar mantenimiento a los engranajes.

4.- Colocar adecuadamente el tomacorriente correspondiente.