Fundamentos Químicos, Físicos y Operacionales de la Extracción de Cobre por Lixiviación

Aspectos Químicos de la Extracción de Minerales de Cobre

%Cut: Indicador Básico de Calidad Química

Indicador básico para medir la calidad química del mineral.

Razón de Solubilidad

Proporción del cobre total posible de disolver en medio ácido en condiciones estándares.

Extracción Máxima (Termodinámica)

Representa el rendimiento máximo posible.

Mineralogía y Corrosión Ácida

El nivel de disolución que presenta el mineral frente a la corrosión ácida posee una estrecha relación con las especies mineralógicas presentes.

Especies Mineralógicas Relevantes (Mina Sur)

• Atacamita
• Crisocola
• Copper Wad
• Copper Pitch

Aspectos Físicos y Fenómenos de Transporte

Ocurrencia del Mineral

Se refiere a cómo se presenta la especie mineralógica en la roca matriz:

• Pátina
• Fractura
• Vetilla
• Impregnada
• Diseminada

Este atributo condiciona el rango de tamaño al cual debe liberarse la especie mineralógica y, de esta forma, exponerla al ataque ácido.

Alteración

Desde el punto de vista del proceso, la alteración es un atributo que se asocia directamente con la razón de solubilidad (aspecto químico) y la chancabilidad (aspecto físico).

Parámetros Físicos Clave

Fenómenos de Transporte

• Chancabilidad
• Permeabilidad
• Impregnación

Chancabilidad

• Chancado Deficiente: Pérdida de extracción por falta de liberación de la mena.
• Sobre Chancado: Pérdida de extracción producto de la obstrucción del paso de soluciones por consecuencia de la presencia de finos.

Permeabilidad

La permeabilidad es función de los siguientes factores:

• Función de la porosidad
• Función de la densidad
• Función de la distribución granulométrica
• Función de la estructura de macro y microporos
• Función de las condiciones de operación (ej. carguío)
• Función de agentes externos (ej. aditivos)

Impregnación

• Química
• Física

Relaciones de Extracción

La impregnación total (I) se define como:

I = I_química + I_física

La Extracción Máxima (Em) se relaciona con la Extracción Real (Er) mediante la siguiente ecuación:

E_m = E_r + I + ZM

Em:

Extracción Máxima (%Cut)

Er:

Extracción Real (%Cut)

I:

Impregnación (%Cut)

ZM:

Cobre que se deja de extraer, por ejemplo, por presencia de zonas no lixiviadas.

Aspectos Operacionales y Cinética de Lixiviación

Cinética del Proceso

Entre los factores cinéticos más importantes se pueden nombrar:

• Granulometría
• Tasa de curado
• Tiempo de reposo

Parámetros Operacionales Clave

4. Aditivos
5. Modo de circulación de soluciones
6. Tiempo de ciclo
7. Dosis total de ácido sulfúrico
8. Razón de Lixiviación
9. Razón de Lavado

Granulometría de Cabeza

Este parámetro define la respuesta física (permeabilidad) y química (grado de liberación) del mineral.

Aditivos

Ejemplos de aditivos y sus funciones:

• Humectantes: Mejoran el contacto sólido-líquido.
• Floculantes: Optimizan los patrones de escurrimiento.

Tasa de Curado y Reacciones Asociadas

Factores asociados a la tasa de curado:

• Inhibición de sílice
• Generación de sulfatos solubles
• Reacciones químicas específicas

Reacciones Químicas de Disolución

Crisocola

CuSiO₃•2H₂O(s) + H₂SO₄(l) + 2H₂O ⇌ CuSO₄•5H₂O(s) + SiO₂(s)

Atacamita

Cu₂Cl(OH)₃(s) + 4H₂SO₄(l) + 14H₂O ⇌ 4CuSO₄•5H₂O(s) + HCl(aq)

Copper Pitch

CuO•Fe(OH)₃•3H₂O + 3/2H₂SO₄ ⇌ CuSO₄•5H₂O + 1/2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O

Copper Wad

CuO•MnO₂•7H₂O + 3H₂SO₄ + 2FeSO₄ ⇌ CuSO₄ + MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 10H₂O