CÁTODOS CILÍNDRICOS logran máxima eficiencia en recuperación de descartes

Un 9% adicional de eficiencia promete Emew, un sistema de recuperación de descartes de electrolitos, que opera con niveles de bajas concentraciones para producir cátodos de alta pureza.  

Por Alfredo Galleguillos C.



En las faenas mineras nacionales se está observando que en la fase de electro-obtención o eletrowinning (EW) se expande un fenómeno que preocupa a ejecutivos, investigadores, inversionistas y autoridades del sector: el bleed (descarte) normal ha aumentado en los últimos años.

Esto se debe al porcentaje de impurezas en la solución de electrolitos, aún después de la extracción por solventes (SX), que incluye iones de cloro y hierro, además de volúmenes poco significativos de otros metales, según el caso.

La disminución de las leyes de óxidos se traduce en un aumento de los costos. El mayor porcentaje de descarte de electrolitos llega en ocasiones a 10% del concentrado, cifra que representa entre tres y cinco veces más de lo que se registraba en menos de una década.

Molymet, Enami y Codelco poseen plantas Emew.  

¿Qué significa esto? Fundamentalmente, mermas en productividad, disminución en la calidad catódica, menores precios por tonelada y baja en el volumen de cobre fino que se pone en los mercados internacionales. En resumen: otro golpe a la competitividad.

RECUPERAR

Una firma australiana vio en este escenario una oportunidad para irrumpir con un desarrollo bastante novedoso. Se trata de la tecnología Emew de Electrometals Electrowinning, que se enfoca en recuperar descartes de concentrado para producir cobre de alta calidad. Todo esto con una característica muy propia: a diferencia del clásico cátodo cuadrado, Emew entrega cátodos cilíndricos.

La noticia sobre los beneficios de esta tecnología corrió rápido por el universo cuprero. En Chile, tres importantes empresas mineras ya han incorporado Emew en sus procesos hidrometalúrgicos. Otros proyectos locales se encuentran en evaluación.

CONCÉNTRICOS

El proceso de electro-obtención es una etapa crucial en la producción de cátodos de cobre fino a partir de óxidos de cobre. De la eficiencia del proceso depende en gran medida la rentabilidad.

De acuerdo con el ingeniero civil químico Francisco Haussmann, jefe de Proyectos Mineros de Blumos S.A. -representante para la región de Electrometals-, Emew consiste en una celda formada por el arreglo concéntrico de dos electrodos cilíndricos, un ánodo central y un cátodo externo. “Los extremos de los tubos se cierran con piezas plásticas, formando una cámara cerrada, a través de la cual se bombea electrolito a un alto caudal. El diseño permite la producción de cátodos metálicos de 25 a 30 kg de cobre”, nos explica.

Haussmann precisa que “los electrodos son concéntricos en vez de dos placas enfrentadas. El ánodo central es de titanio y está recubierto con óxido de iridio, y el cátodo externo es de acero inoxidable”.

Cada celda Emew se configura en conjuntos de 30 celdas. Las 15 primeras celdas se alimentan hidráulicamente en serie para luego -mediante un manifold- alimentar las restantes 15 en paralelo.

“Es prácticamente un sistema plug and play”, dice el especialista. El estanque de celdas Emew se llena con electrolitos y luego se aplica EW. Después de un tiempo de siembra, se cosechan los cátodos, los que se extraen con máquinas neumáticas. Posteriormente, se cierran las celdas y se vuelven a llenar con electrolitos.

LEY DE FICK

Haussmann destaca la eficiencia de la configuración interna de las celdas. “A diferencia del electrowinning tradicional, Emew trabaja con una fluidodinámica de régimen turbulento, lo que permite un intercambio de masa más eficiente”, asevera.

La fundamentación teórica del proceso se basa en la Ley de Fick. “Se relaciona el flujo difuso del campo de concentración, el coeficiente de difusión y el radio de partícula. Establece que el flujo recorre desde las zonas de alta concentración hacia las de menor concentración, con una magnitud que es proporcional a la gradiente entre ambas”, señala.

Más allá de su llamativa geometría, Emew produce cátodos LME grado A con descartes de hasta 5 gr/lt, lo que el EW convencional es incapaz de tratar.

A lo anterior, se suma que la tecnología admite soluciones bastante más contaminadas que la tecnología convencional. “Si con la tecnología típica de EW se puede aceptar un máximo de 1,5 gr/lt de Fe, por ejemplo, antes de iniciar el bleed o descarte, con Emew no es necesario hacerlo. Nuestra tecnología admite alta concentración de  contaminantes, como fierro, molibdeno, manganeso y, sobre todo, cloro”, subraya Haussmann.

El sistema puede llegar a densidades de corriente de hasta 600 A/m2, permitiendo una rápida depositación. “Finalmente, la calidad catódica es 100% LME Grado A y las eficiencias de corriente son superiores a 90%”, detalla.

“Entre los datos diferenciadores, la celda Emew es capaz de generar cátodos con descartes de hasta 5 gr/lt. Eso es algo que tecnología convencional no puede hacer. El delta del electrolito desde que entra hasta que sale de una nave convencional de EW no supera los 10 gr./lt. Es decir, si entra con 45 gr/lt. pueden salir con 40 a 35 como máximo. En caso de Emew, se puede llegar hasta 5 gr/lt, sin perjuicio de la calidad catódica ni del consumo de corriente”, asegura Haussmann.

COMPARACIÓN

En última edición de la Copper International Conference, organizada en Santiago por el Instituto de Ingenieros de Minas de Chile y sus pares de Japón, Canadá, Estados Unidos y otros países, se dieron a conocer los resultados de una investigación sobre tratamiento de concentrados de cobre con Emew, estudio que contó con la colaboración de la División Chuquicamata de Codelco.

“Las líneas de óxidos a nivel nacional han decaído bastante. Un mineral con menores leyes, por mucho que sea sometido al proceso SX, el electrowinning convencional terminará entregando resultados más pobres en cobre y de menor calidad catódica”, advierte Haussmann.

En el estudio se comparó un sistema de EW convencional con otro complementado con Emew. En los análisis, la recuperación de cobre en ambos sistemas alcanzó una notoria diferencia al final de la prueba, anotando un 8,9% a favor del sistema mixto con Emew.

“Los resultados demuestran una mejora sustancial cuando la solución irrigada contiene una menor concentración de cobre”, señala el informe.

En el trabajo se observó que aunque la presencia de iones de cloro no afecta la eficiencia eléctrica, sí puede tener un impacto negativo en la eficiencia de la depositación de las moléculas. En la práctica, los concentrados con más de 50 ppm de iones de cloro en tanques de EW convencional generan una depositación de partículas más grandes, incluso produciendo cavitaciones profundas cuando la tasa de iones de cloro alcanza 100 ppm.

El problema anterior no se replica en un sistema mixto de EW y Emew. Al interior de las celdas de Emew, el descarte con altos índices de iones de cloro (en la prueba, 133 ppm) fue tratado fácilmente para conseguir cátodos lisos y de alta pureza. “El resultado fue incluso mejor que los obtenidos con descartes libres de cloro”, destaca la investigación.

EXPERIENCIAS

La operación más grande de Emew a nivel mundial se localiza en Chile, en la Región de O`Higgins. Pertenece a Molymet y funciona desde 2003. Está constituida por una instalación de 1.200 celdas, con capacidad para producir 2.000 ton/año de cobre catódico.

“A fines de 2000, parte de la estrategia comercial de Molymet se basaba en la compra de concentrados a Codelco para obtener molibdeno. Cuando vieron que el concentrado traía interesantes niveles cobre, decidieron buscar opciones para beneficiar también este metal”, recuerda Francisco Haussmann, jefe de Proyectos Mineros de Blumos S.A., representante para la región de Electrometals que ofrece el sistema.

Segundo en magnitud -a escala local- es el proyecto de Enami, la que construyó dos plantas en El Salado, comuna de Chañaral, Región de Atacama. “Funcionan 60 celdas en total, capaces de producir entre 10 y 13 ton/mes de cobre”, precisa.

También Codelco compró una pequeña planta para hacer pruebas metalúrgicas. Se ubica en Huechún y es administrada por División Andina. Su funcionamiento está orientado a proyectos de investigación.

Artículo basado en reportaje publicado en Revista Minería Total, octubre de 2014.