Innovación en Procesos de LIXIVIACIÓN, EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Y ELECTRO-OBTENCIÓN

Planta de bio-lixiviación de BioSigma en Radomiro Tomic.

Los costos y la eficiencia son el leit motiv de la innovación en hidrometalurgia. El uso de agua de mar para lixiviación surge como uno de  los cambios más importantes, ante el aumento en el precio del ácido sulfúrico y la escasez hídrica. 

Por Alfredo Galleguillos C.

La lixiviación con cloruro y agentes biológicos; reactores y circuitos más eficientes para la extracción por solventes, y  la cosecha de cátodos tubulares en vez de planos, son algunas de las tendencias e innovaciones tecnológicas recientes que han impactado positivamente en la productividad, costos y eficiencia energética de la minería local.

Así lo señalan diversos especialistas en hidrometalurgia aplicada a la minería del cobre. Una tecnología que tuvo su puntapié inicial en Chile, cuando Minera Pudahuel evaluó la lixiviación TL de los autores Holmes and Narver (Estados Unidos, 1980) referida a la lixiviación en pilas de pequeña altura (leer recuadro al final de esta nota).

Antes la moda era el método de concentración, también conocido como lixiviación en batea, bastante menos eficiente a grandes volúmenes. “Se intentó aplicar en Chuquicamata, pero al utilizar reactores y un proceso de agitación, impedía procesar a gran escala, lo que implicaba grados de eficiencia inferiores”, comenta Álvaro Videla, profesor e investigador del Departamento de Minería de la Pontificia Universidad Católica de Chile.

Jorge Menacho, consultor de la empresa De Re Metallica Ingeniería SpA

Como tal, la hidrometalurgia partió con la extracción por solventes a partir de oximas, técnica introducida a comienzos de los años sesenta. Esta provenía de la SX para Uranio desarrollada en la Segunda Guerra Mundial, en lo que se conoció como Proyecto Manhattan. “La existencia de la SX para cobre propició el desarrollo de nuevas tecnologías de lixiviación, entre las que destaca el Curado Ácido, patentado por Codelco y CIMM en el año 1978 y que hoy en día es una operación universal en la lixiviación moderna”, recuerda el Dr. Jorge Menacho, consultor y gerente general de la empresa De Re Metallica Ingeniería SpA (DRM).

La fuerza del cloruro

Desde entonces, mucha agua ha pasado debajo del puente. La contingencia ha influido en que el escenario para esta tecnología; también conocida como LX-SX-EW, siglas de las principales etapas del proceso: Lixiviación, Extracción por Solventes y Electro-obtención; enfrente desafíos tan grandes como el tamaño de esta industria.

Uno de los aspectos a resolver se refiere al problema hídrico. Ante la sequía, el agotamiento de cauces y la dificultad para obtener nuevos derechos, la utilización de agua de mar se ha convertido en una solución viable y, más que eso, obligada.

Por lo anterior, los investigadores del área lixiviación han puesto su foco en el uso de medio cloruro en pilas. “Ha sido aplicada a nivel industrial en Minera Michilla con muy altas recuperaciones de cobre, alrededor de 90%, desde sulfuros secundarios con el proceso CuproChlor de AMSA y en BHP Billiton”, indica Jorge Menacho.

“Como solución el agua marina, es muy tentadora. Es más económica, pese a tener que transportarla y enriquecerla. En Michilla, el agua de mar la utilizan tal cual, pero es una operación mediana a pequeña. Todavía queda por averiguar el efecto de la lixiviación con agua salada de minerales mixtos, es decir, con óxidos y sulfuros; cuál es el efecto ante la presencia de ganga reactiva, como el carbonato y sulfato”, afirma el académico de la PUC.

Otra opción es la biolixiviación que permite lixiviar minerales oxidados o sulfuros secundarios. “Se pretende extender los beneficios de la tecnología a los sulfuros secundarios de más lenta lixiviación y sulfuros primarios, lo cual abriría una tremenda oportunidad  al desarrollo tecnológico del país”, asevera Alvaro Videla. BioSigma, centro de investigación de Codelco en alianza con una empresa japonesa, ha liderado  este campo de desarrollo con pruebas a escala industrial en Codelco Radomiro Tomic.

A nivel de lixiviación, otros avances para incrementar la eficiencia consisten en tecnologías para la instrumentalización y monitoreo de la calidad del riego en pilas, “Esto incluye sistemas para control de homogeneidad de riego en pilas vía instrumentación, sistemas dedicados de monitoreo de temperatura y dispositivos inalámbricos”, detalla Francisco Arriagada, especialista metalúrgico de la empresa Arcadis.

Sobre los sistemas automáticos de riego, Jorge Menacho manifiesta que se ha pasado del objetivo clásico de “riego uniforme” a un “riego optimizante”, desde el punto de vista de maximizar la disolución del elemento que se recupera. “Un sistema inédito fue desarrollado dentro del contexto del Programa Clúster de BHP Billiton y fue exitosamente validado en Minera Escondida”, complementa. Junto con ello, ha sido relevante el aporte de la empresa Biohydro, respecto de aireación de pilas.

Mezcla y bombeo

En extracción por solventes, las mejoras han sido “más incrementales que disruptivas”, dice el profesor Videla. Estas suman circuitos con mejor desempeño, estudios para evitar la degradación y pérdida de orgánico, disminución de “borra” y la utilización de arcillas activadas. Estas últimas proporcionan ventajas ya probadas como mantener limpio y recomponer el orgánico para ser reutilizado.  “El empleo de materiales lignocelulósicos para la restauración de las propiedades físico-químicas del orgánico de operación es un procedimiento que hemos desarrollado en Codelco”, señala el consultor de DRM.

A nivel de equipos, el investigador de la PUC menciona las mayores eficiencias

Alvaro Videla, investigador de Ingeniería de la PUC.

obtenidas con nuevos reactores. Uno de ellos, por ejemplo, permite separar la mezcla del bombeo  mediante la división de la cavidad. “El ácido con carga de cobre tiene que mezclarse con el orgánico, para transferir el cobre hacia el orgánico, y después viene la etapa de descarga. En los equipos antiguos, esa mezcla se hacía junto con el bombeo y se creía que había una interferencia. Se ha demostrado que al separar el bombeo y la mezcla se mejora el resultado con una mayor eficiencia en la transferencia, con menos arrastre de contaminantes”, explica Videla.

El gerente de DRM destaca la tecnología VSF de la finlandesa Outotec, la que opera en Codelco Radomiro Tomic y en Minera Zaldívar. De origen israelí, la tecnología Bateman de flujo reverso también ha ayudado en Minera Gaby.

“La tecnología base de electro-obtención no ha cambiado radicalmente”, sostiene Jorge Menacho, aunque subraya que hay avances como el uso de tecnología robótica para el manejo de electrodos. “Estos disponen de sistemas expertos y sensores complementarios que permiten discriminar calidad de cátodos para su clasificación automatizada”, expone.

Para el investigador de la Universidad Católica, en EW “las innovaciones han buscado disminuir las  pérdidas a lo largo del circuito” y el foco ha estado en la fabricación de nuevos tipos de ánodos. En reemplazo del plomo, hay casos exitosos de ánodos de titanio. “Reducen el sobrepotencial y por lo tanto reducen la cantidad de energía por tonelada de cobre depositada requerida. Se han publicado registros que muestran ahorros de entre 5% y 10% en el consumo energético”, comenta el profesor Videla.

Otro hito reciente es la utilización de cátodos circulares o cilíndricos en vez de cátodos planos convencionales, entregando mejoras en la velocidad de difusión y el control. La difusión es la velocidad de transporte de los átomos dentro de la solución líquida. Conocida como EMEW permite aprovechar concentraciones de cobre de hasta 5 gramos por litro, a diferencia de un electrowinning normal que demanda soluciones de 35 a 45 gramos por litro para generar cátodos. Entre sus ventajas figura una alta tolerancia a los cloruros.

La nueva tecnología EMEW utiliza cátodos cilíndricos para optimizar la difusión y control. 

“Actualmente la tecnología EMEW se encuentra instalada y funcionando en ENAMI Planta El Salado y Molymet. Codelco Andina posee – además – una planta piloto en Huechún para estudios de recuperación en columnas de lixiviación. La planta en ENAMI se encuentra funcionando desde 2008 sin problemas y Molymet entró en operación en 2003 y se encuentra funcionando en la actualidad”, señala Francisco Haussmann, jefe de Proyectos Área de Minería de Blumos S.A.

Por otro lado, la tecnología SELE de New Tech Copper también ha recibido una buena acogida en varias mineras, especialmente por sus beneficios en eficiencia energética. “Ésta consiste de un arreglo de electrodos en cartridge, con sistema de distribución de electrolito, retención de neblina ácida, burbujeo de aire e incorporación de ánodos permanentes. Este también es un desarrollo nacional”, comenta el experto metalúrgico.

Sistema SELE de NTC

En el campo del control de aerosoles ácidos en EW destaca un desarrollo conjunto entre la Universidad Católica y Codelco, que utiliza extracto de Quillay (Saponinas de Quillay). “Esta innovación se aplica exitosamente desde hace varios años en División Radomiro Tomic de Codelco Chile”, informa Menacho.

El ritmo del progreso

A nivel de industria, es unánime que la innovación en la minería es lenta. Aunque hay muchos avances en aspectos específicos, los cambios transformadores han sido escasos. Sobre todo en yacimientos consolidados, debido al alto costo que implica reemplazar sistemas operativos y probados.

“El grado de adopción es variable, en gran medida como función de resultados obtenidos previamente por otros”, señala el ejecutivo de Arcadis. Acota que esto se debe al riesgo de implementar nuevas tecnologías o la necesidad de asegurar la producción son causas comunes del ritmo de los cambios. Además, “el hecho de que los resultados pueden ser poco nítidos o de largo plazo, los pone en controversia”, agrega.

En la mayoría de los casos, las mineras internacionales de mayor tamaño cuentan con políticas de desarrollo e innovación. En el caso de Codelco, existen áreas destinadas a este tema, así como unidades específicas como BioSigma e IM2. Sin embargo, los resultados son poco conocidos y pocas veces gozan de éxito comercial. Por ello, dice Francisco Arriagada, “se busca apoyo en la comunidad científica o en la comunidad de los proveedores, donde muchos reconocen la necesidad de innovar para mejorar continuamente la calidad de sus servicios y productos”.


Recuadro:

La primera escuela de hidrometalurgia: Minera Pudahuel

En el rubro, es un lugar común. La Sociedad Minera Pudahuel, con su yacimiento Lo Aguirre, representa uno de los principales hitos tecnológicos que marcaron la minería chilena. Los profesionales que trabajaron en esta compañía, que operó entre los años 1980 y 2000, aportaron el conocimiento práctico fundamental de lo que hoy se enseña en las universidades sobre hidrometalurgia.

“Este es un caso de tecnología irruptiva”, señala Alvaro Videla, académico e investigador del Departamento de Minería de la Pontificia Universidad Católica de Chile. “Esa experiencia de lixiviación en pilas cortas, fue el primer intento exitoso por recuperar cobre por lixiviación, extracción por solventes y electro-obtención en forma integrada”, comenta. El sistema LX-SX-EW fue rápidamente adoptado por la minería, al encontrar en este sistema una respuesta de menor costo y mayor eficiencia para la obtención de cobre.

Aunque el proceso estaba descrito, la teoría no había tenido su demostración a escala industrial. “Resulta anecdótico recordar que la idea original de Holmes and Narver no prosperó, pero sirvió de base para que el grupo de ingenieros de Minera Pudahuel hicieran su propia contribución al tema con resultados exitosos”, comenta el Dr. Jorge Menacho, gerente general de la empresa De Re Metallica Ingeniería SpA.



Publicado en agosto de 2014 por Revista Ingenieros del Cobre