UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA, METALÚRGICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA.

TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE:

INGENIERO METALURGICO
TITULO:
“EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Y LA ELECTRO-OBTENCIÓN DE
CÁTODOS DE COBRE”

AUTORES:
 ESPADA COLLAZO KEVIN JUNIOR
 CRUZ ULLOA RICARDO SANTIAGO
ASESOR:
M(o) Jaime Imán Mendoza
Cip: 103488 DU: 432

HUACHO – PERU

2021

1
 DEDICATORIA

A Dios, por darme la vida, por

las personas que puso en mi
camino y darme las fuerzas
suficiente para seguir adelante.

A mi familia, mis padres siempre

creyeron en mí, no hay gratitud
más grande que pueda cubrir su
apoyo incondicional.

2
 AGRADECIMIENTOS

A mis amigos de la universidad quienes

compartimos inolvidables momentos,
cada uno un mundo distinto siempre
estaban cuando los necesitaba hoy
aunque la vida profesional nos lleva por
distintos caminos espero conservar su
amistad toda la vida, y gracias por
soportarme, se que no es fácil.

3
 INDICE

DEDICATORIA 02

PENSAMIENTOS 03

AGRADECIMIENTOS 04

RESUMEN 05

INTRODUCCIÓN 06

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA 11

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA 12

1.2.1 Problema Principal 12

1.2.2 Problemas Secundarios 12

1.3 OBJETIVOS DE LA TESIS 13

1.3.1 Objetivo General 13

1.3.2 Objetivos Específicos 13

1.4 HIPOTESIS 13

1.4.1 Hipótesis General 13

1.4.2 Hipótesis Secundarios 13

1.5 VARIABLES DE LA INVESTIGACION 14

1.5.1 Variable Independiente 14

4
 1.5.2 Variable Dependiente 14

1.6 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA 15

1.6.1 Justificación 15

1.6.2 Importancia 15

CAPITULO II: DESARROLLO HISTÓRICO DE LA TECNOLOGÍA 16

2.1 DESARROLLO HISTÓRICO DE LA TECNOLOGÍA DE

LIXIVIACIÓN 16

2.2 PRÁCTICAS ACTUALES Y FUTURAS DE LIXIVIACIÓN EN PILAS

EN EL PERÚ 16

2.3 CARACTERÍSTICAS DE LA LIXIVIACIÓN EN PILAS 16

2.4 LA EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE COBRE SEGÚN LOS

PROCESOS DE LIXIVIACIÓN, EXTRACCIÓN POR SOLVENTES
Y ELECTRO-OBTENCIÓN 16

CAPITULO III: DESARROLLO Y EVOLUCIÓN DE LOS PROCESOS

HIDROMETALÚRGICOS A NIVEL MUNDIAL Y SU IMPACTO EN LA
MINERÍA PERUANA 19

3.1 OBJETIVOS DE LA HIDROMETALURGIA 20

3.2 TECNOLOGIAS VIGENTES A 1970 20

3.3 HIDROMETALURGIA MUNDIAL 21

3.4 HIDROMETALURGIA (APLICACIÓN CÁTODOS DE COBRE) 23

3.4.1 Lixiviación en Pilas 23

3.4.2 Extracción por solventes 23

3.4.3 Electrodepositación 25

3.5 PANORAMA DEL COBRE EN EL PERU 27

5
3.6 FUTURO DE LA HIDROMETALURGIA 32

CAPITULO IV: LIXIVIACIÓN EN PILAS (Heap Leaching) RESULTADOS 34

4.1 DESCRIPCIÓN 34

4.2 CONSTRUCCIÓN DE LAS PILAS 37

4.2.1 Preparación de la base de las pilas 37

4.2.2 Técnicas de apilamiento del mineral 38

4.2.3 Riego de la pila 38

4.3 OPERACIÓN EN PILAS 40

4.4 CHANCADO DEL MINERAL 43

4.5 AGLOMERACIÓN 45

4.5.1 Lixiviación TL (Thin Layer) 45

4.5.2 Permeabilidad del lecho 45

4.5.3 Proceso de aglomeración 45

4.6 VARIABLES DEL PROCESO 49

4.7 DISEÑO DE LAS PILAS 49

4.7.1 Datos 50

4.7.2 Capacidad de la planta de chancado 50

4.7.3 Superficie de terreno 51

CONCLUSIONES 52

RECOMENDACIONES 53

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 54

6
 RESUMEN

El presente trabajo monográfico está basado en el estudio y desarrollo de la

minería Peruana en la obtención del cobre y el desarrollo tecnológico del
proceso hidrometalúrgico de lixiviación en pilas por capas delgadas, incluido
el proceso bacteriano. El documento comienza con una descripción de la
historia de este desarrollo tecnológico, la hidrometalurgia y su aplicación
industrial en el Perú por Xstrata Tintaya.

Si bien el concepto original de esta tecnología aplicada al tratamiento de

los minerales de cobre se originó en EE.UU., y posteriormente se
perfeccionó y modificó sustancialmente en Chile, logrando éxitos; este
método modificado ha sido adoptado como parte de las tareas de explotación
por la compañía minera Xstrata Tintaya.

En la primera década del siglo XXI se difundió ampliamente en la

minería cuprífera Peruana la nueva tecnología como parte de una nueva ruta
tecnológica que incluía además la extracción por solventes y la electro-
obtención de cátodos de cobre. Este cambio tecnológico contribuyó
significativamente al fortalecimiento de la competitividad internacional del
sector cuprífero Peruano, hoy en día situándolo en el segundo lugar a nivel
mundial. Otros efectos importantes fueron la introducción de tecnologías
de producción limpia en la minería del cobre, innovaciones tecnológicas
en maquinaria e instalaciones mineras en el ámbito local, la generación de
nuevos servicios de ingeniería y consultoría entorno a la nueva tecnología y
la creación de capacidades de excelencia en investigación y docencia en
centros y universidades del país, especialmente en el campo de la
hidrometalurgia.

Se señala que la creación, básicamente en la última década de los

noventa, de un marco legal y normativo estable, provocó luego grandes
inversiones privadas extranjeras y nacionales en proyectos mineros
cupríferos del país.

Palabras Claves: Lixiviación, Metales Preciosos, Molienda, Circuito y Flotación

7
 ABSTRACT

This monographic work is based on the study and development of

Peruvian mining in obtaining copper and the technological development of
the hydrometallurgical process of heap leaching by thin layers, including the
bacterial process. The document begins with a description of the history of
this technological development, hydrometallurgy and its industrial application
in Peru by Xstrata Tintaya.

Although the original concept of this technology applied to the

treatment of copper ores originated in the US, and was later perfected and
substantially modified in Chile, achieving successes; This modified method
has been adopted as part of the exploitation tasks by the Xstrata Tintaya
mining company.

In the first decade of the 21st century, the new technology was widely
disseminated in Peruvian copper mining as part of a new technological route
that also included solvent extraction and the electrowinning of copper
cathodes. This technological change contributed significantly to the
strengthening of the international competitiveness of the Peruvian copper
sector, today placing it in second place worldwide. Other important effects
were the introduction of clean production technologies in copper mining,
technological innovations in mining machinery and facilities at the local level,
the generation of new engineering and consulting services around the new
technology and the creation of excellent capacities. in research and teaching
in centers and universities in the country, especially in the field of
hydrometallurgy.

It is pointed out that the creation, basically in the last decade of the
1990s, of a stable legal and regulatory framework, later provoked large
private foreign and national investments in copper mining projects in the
country.

Keywords: Leaching, Precious Metals, Grinding, Circuit and Flotation

8
 INTRODUCCIÓN

En los últimos diez años la participación de Perú en la producción

mundial de cobre de mina aumentó fuertemente al punto de situarse como
segundo productor mundial de cobre. Este avance del país como productor
mundial del metal rojo estuvo acompañado de una profunda transformación
de su minería cuprífera. Una de las manifestaciones importantes fue un
marcado cambio en la estructura de la propiedad del sector como
consecuencia de un masivo ingreso de capitales privados, tanto nacionales
como privados, junto con la realización de grandes inversiones en
exploración y desarrollo minero.

Otro aspecto sustantivo del cambio en la minería cuprífera del país

fueron algunas innovaciones tecnológicas y, entre ellas, particularmente las
que se generaron en el campo de la hidrometalurgia extractiva del cobre.

Este desarrollo consistía básicamente en el perfeccionamiento del

concepto y en la aplicación industrial de dos tecnologías de lixiviación: una se
denomina “lixiviación en pilas por capas delgadas” o, usando un término en
inglés, “lixiviación en pilas TL” — figurando TL como abreviatura de Thin
Layer; la otra, complementaria a la anterior, se conoce como “lixiviación
bacteriana” o lixiviación BTL — Bacterial Thin Layer y ésta
fundamentalmente era el resultado de un sostenido esfuerzo de investigación
y desarrollo sobre los mecanismos de intervención de bacterias en los
procesos de lixiviación de minerales sulfurados.

El presente trabajo monográfico resume los contenidos sobre estos

desarrollos tecnológicos. En el trabajo se enfocaron en particular el
proceso de innovación tecnológica en el proceso de lixiviación. Además se
investigaron los efectos que tuvo este desarrollo tecnológico en la formación
y transformación de la minería peruana.

En este contexto se ha considerado que forman parte del desarrollo

de la minería cuprífera Peruana las siguientes actividades, organizaciones,
estructuras productivas y recursos:

9
 Estas actividades y recursos se extienden sobre una franja de territorio
de más de 2,000 km de largo. Las justificaciones para incluir un
conjunto geográficamente tan disperso de actividades dentro del
concepto de un cluster fueron fundamentalmente dos: la primera fue la
gravitación que tiene la minería cuprífera en la economía de estas
regiones. La segunda fueron las relaciones profesionales que
mantienen los ingenieros y otros profesionales que trabajan en las
empresas mineras y organizaciones relacionadas con el sector del país.
Estas relaciones se formaron durante el paso por la universidad, en el
trabajo como investigadores en centros de investigación tecnológica o
como ejecutivos en las empresas y a través de la participación en
congresos y grupos de trabajo.

 Los centros de investigación tecnológica y sus departamentos

especializados así como laboratorios especializados de universidades.

 Firmas de ingeniería y montaje así como consultores ligados a la

minería.

 Proveedores y fabricantes de equipos y materiales. Por otra parte no se

ha identificado en el estudio otras instituciones que idealmente forman
parte de un cluster como ser instituciones financieras especializadas.

El primero de los cinco capítulos del informe describe en forma general

los distintos procesos de lixiviación y en particular la lixiviación en pilas tl,
incluida la versión bacteriana. Este capítulo incluye también un recuento
histórico de su desarrollo y aplicación a la minería de cobre. En el segundo
capítulo se relata el desarrollo y evolución de los procesos
hidrometalúrgicos a nivel mundial y su impacto en la minería peruana.
En el tercero se detalla la lixiviación en Pilas específicamente.

10
 CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA

La Galena o esfalerita (Sulfuro de Plomo) y freibergita, ha sido ratificada

como el sulfuro más friable en los componentes de ésta mina por ser
enteramente polimetálica, ya que se ha detectado que comúnmente es
el Sulfuro que pasa con mayor facilidad a formar parte de las Mallas
finas.

Por lo indicado, un gran porcentaje de pérdidas de Plomo ocurre en las

mallas finas, lo cual se explica mediante el fenómeno de la segregación
en la Clasificación, es decir, la enorme diferencia que existe entre la
Densidad Compósito del mineral, que en nuestro caso es de 3.43 y la
Densidad de la Galena que es 7.58; lo que constituye la razón principal
para que se originara sobre molienda del plomo, lo cual afectaba la
flotabilidad desplazándose en promedio 13.0 % al concentrado de Cobre
(Cu); 1.80% en promedio al concentrado de Zinc (Zn); y, hasta 0.30% en
promedio al Relave Final.

Bajo las consideraciones anteriores se propuso realizar Análisis

Granulométricos en el Área de Molienda – Clasificación, iniciando en el
Feed del Hidrociclón (Producto de descarga de los Molinos Primario de
Barras 9 x 12 y los Secundarios de Bolas 8 x 10 y 10x 12); y se encontró
que entre el 48 y 50 % del Plomo Fino (49.89%) se encontraba en la
Malla –M 200 Passing; Los cuales se consideran como “Elementos
metálicos liberados y listos para flotar” y ésta fue precisamente la causa
para que éstos incrementaran su contenido metálico en el Under Flow
del Hidrociclón U/F, retornando como carga circulante a los molinos

11
 secundarios de bolas 8 x 10 y 7 x 8.

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA

1.2.1 Problema Principal.

¿En qué medida, puede la extracción por solventes y la electro-

obtención de cátodos de cobre?

1.2.2 Problemas Secundarios.

a. ¿De qué manera logrará la optimizar la extracción por

solventes y la electro-obtención de cátodos de cobre.?

b. ¿En qué porcentaje la extracción por solventes y la electro-

obtención de cátodos de cobre?

c. ¿Cuál es el porcentaje, de disminución de Humedad del

Concentrado de Plomo, la extracción por solventes y la electro-
obtención de cátodos de cobre?,

d, ¿En qué medida, se puede reducir la contaminación del medio

ambiente, mediante optimización del incrementarse de 2 500
TMSD a 3 000 TMSD de la Unidad Minera Raura.?

1.3. OBJETIVOS DE LA TESIS.

1.3.1 Objetivo General.

Optimizar y mejorar el proceso de mineral incrementando en el
tratamiento de mineral la extracción por solventes y la electro-

12
 obtención de cátodos de cobre

1.3.2 Objetivos Específicos.

a. Disminuir las pérdidas de Plomo (Pb) por sobre molienda,

mejorando la calidad del concentrado.

b. Reducir los desplazamientos del Plomo (Pb) hacia el

concentrado de Cobre (Cu).

c. Disminuir la Humedad del Concentrado de Plomo (Pb), que

originaban altas pérdidas por Mermas.

d. Amenorar el Consumo de Bicromato de Sodio, por la

generación de mayores áreas superficiales, el cual es un
contaminante del Medio Ambiente.

1.4. HIPOTESIS DE LA TESIS

1.4.1 Hipótesis General.

De incrementarse el tratamiento de mineral la extracción por

solventes y la electro-obtención de cátodos de cobre.

1.4.2 Hipótesis Secundaria.

Existe diferencia significativa en el nivel del porcentaje de

contenido de cobre en el concentrado obtenido entre el Proceso
Normal y el Proceso Propuesto, mediante la confirmación
cuantitativa y de certeza utilizando los análisis químicos -
metalúrgicos.

13
1.5 VARIABLES DE LA INVESTIGACION

1.5.1 Variable Independiente.

X = “Uso de una Celda de Flotación Flash”

Indicadores:

X1 = Celda Flotación Flash

X2 = Unidad de Producción

1.5.2 Variable Dependiente.

Y = “Optimización de la Unidad de Producción”

Indicadores:

Y1 = Optimización

Y2 = Unidad Minera Raura.

14
1.6. JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACION.

1.6.1 Justificación.

Los motivos y causas que dieron origen a realizar el presente

Estudio de Investigación, es que la Compañía Minera Raura S.A,
tiene una Unidad de Producción Catava (Planta Concentradora),
donde se efectúa un procesamiento de Minerales Polimetálicos de
Plomo (Pb), Cobre (Cu), Zinc (Zn), y Plata (Ag) por Flotación,
razón por el cual se consideró Estudiar e Investigar haciendo uso
de una Flotación Rápida de valores de Plomo en el propio circuito
de Molienda – Clasificación, de manera que los Circuitos de
Flotación posteriores queden habilitados para generar un Bulk de
Plomo – Cobre, con menor contenido de Plomo y enriquecido en
Cobre, obviamente

15
 CAPITULO II

DESARROLLO HISTÓRICO DE LA TECNOLOGÍA DE

LIXIVIACIÓN

2.1 DESARROLLO HISTÓRICO DE LA TECNOLOGÍA DE LIXIVIACIÓN

La tecnología actual de lixiviación de metales preciosos se ha

desarrollado ampliamente desde mediados de la década del 70, aunque
los principios de lixiviación así como los de extracción de oro mediante
cianuración tienen una larga historia. Sin embargo, es en los últimos 20
años que la lixiviación se ha desarrollado hasta llegar a ser un método
eficiente para tratar el oro oxidado y los minerales de plata. Ha
demostrado ser una forma efectiva para extraer metales preciosos de
depósitos pequeños y poco profundos.

Al medio ambiente son más manejables. Una desventaja de la

tecnología de lixiviación en pilas actualmente existente es la reducción
potencial del porcentaje de extracción de metales que se obtiene del
mineral en comparación con lo que sucedería con la lixiviación
convencional (Potter, 1981; Hiskey, 1985; y Thorstad, 1987).

El principio real de la lixiviación en pilas tiene una larga historia,

como se infirió anteriormente. Por ejemplo: las minas de Hungría
reciclaban las soluciones que llevaban cobre a pilas de mineral de baja
ley a mediados del siglo XVI (Hiskey, 1985) y los mineros españoles
percolaban soluciones ácidas en grandes pilas de mineral oxidado de
cobre en Río Tinto en 1752 aproximadamente. Alrededor del año 1900,
las operaciones de lixiviación fueron empleando técnicas como los
ciclos de lixiviación/reposo para maximizar la recuperación de cobre
(Taylor and Whelan, 1942; Thorstad, 1987). La lixiviación de pilas y
botaderos de cobre se practica actualmente a nivel mundial en el caso
de minerales de baja ley. Adicionalmente, los productores de uranio han

16
venido practicando la lixiviación en pilas mediante soluciones ácidas y
alcalinas desde fines de la década del 50.

La extracción de oro mediante cianuración llegó a ser un proceso

comercial a través del trabajo pionero de dos hermanos escoceses, los
doctores Robert y William Forrest, conjuntamente con John S.
MacArthur, químico autodidacta. Estos hombres, experimentando por
años en un laboratorio casero en Escocia, buscaban encontrar un
proceso mejorado para recuperar el oro de los minerales complejos (Von
Michaelis, 1985). Tuvieron éxito en su búsqueda y en 1887 se les emitió
la Patente Británica 14, 174. Posteriormente se emitieron las Patentes
Estadounidenses 403,202 y 418,137 para estos tres hombres en 1889
(Hiskey, 1985). El proceso que abarcaban estas patentes incluía la
agitación de pulpa ante la presencia de aire, seguido de precipitación
con polvo de zinc de la solución filtrada de oro y cianuro (Von
Michaelis, 1985).

La lixiviación de minerales de metales preciosos empleando el proceso

de cianuración fue inicialmente sugerida por la Dirección de Minas de
EE.UU. en 1967 (Thorstad, 1987). La primera aplicación de lixiviación
comercial se efectuó a fines de los años 60 por parte de Carlin Gold
Mining Company al norte de Nevada (Hiskey, 1985).

Cortez Gold Mines inició la primera operación a gran escala a principios

de los años 70 lixiviando dos millones de toneladas de oro de ley
marginal (Thorstad, 1987).

A mediados de la década del 70, se perfeccionó la tecnología de

lixiviación en pilas de oro con el fin de tratar depósitos arcillosos de baja
ley. Las mejoras, tales como la lixiviación en pilas usando aglomeración,
fueron puestas en marcha por el aumento de la exploración de depósitos
de baja ley ya que el precio del oro aumentaba drásticamente. Muchos
de los depósitos descubiertos no pudieron ser procesados mediante las
técnicas convencionales de lixiviación porque las arcillas o finos

17
generados durante la trituración impedían la percolación uniforme de la
solución a través de las pilas de mineral (Heinen y otros, 1979;
McClelland y Eisele, 1981; y McClelland y otros, 1983). La tecnología de
lixiviación en pilas usando aglomeración es aplicable a la mayoría de
minerales de oro y relaves de flotación.

Los resultados de las mejoras tecnológicas que se han producido a

través de los años 70 y en los años 80 pueden apreciarse en los
drásticos aumentos del nivel de producción. Para 1993, la producción de
oro de la lixiviación en pilas había aumentado a más del 35 por ciento
del total de la producción de oro en EE.UU. desde un estimado de 6%
en 1979.

La lixiviación en pilas es una técnica muy antigua para extraer cobre. La

primera operación registrada de cobre a gran escala mediante lixiviación
fue en Río Tinto, España aproximadamente en 1752 (Taylor y Whelan,
1942).

Los antiguos en realidad pudieron haber utilizado alguna variación de lo

que conocemos hoy para recuperar el cobre de las sales solubles. La
lixiviación de botaderos de cobre en la parte occidental de EE.UU. se
inició poco después del desarrollo de minas a tajo abierto a gran escala
por Jackling en 1904 en Bingham Canyon. Todos los componentes
necesarios estaban en posición de establecer un ciclo de lixiviación de
cobre. Sin embargo, los esfuerzos serios para explotar la lixiviación de
botaderos probablemente empezó en las décadas del 30 y 40.

Durante los últimos años, ha habido una tremenda expansión de la

lixiviación de botaderos. En el Cuadro A.1 (a-c) (Hiskey, 1993) se
presentan algunas notas históricas referentes a las minas de solución de
cobre.

Algunas innovaciones técnicas en los últimos años han aumentado la

importancia de la minería de soluciones como un proceso para la
recuperación de cobre. Entre éstas se incluye:

18
  Avances en extracción por solventes/electrodeposición (SX/EW);

 Innovaciones en los procesos de curado con ácido y ácido férrico

para los minerales oxidados y mixtos; y,

 Mejoras en la construcción de pilas y botaderos.

En 1992, Estados Unidos produjo un total de 1,76 millones de toneladas

métricas de cobre. Durante 1992 aproximadamente el 30% de la
producción estadounidense provenía de electrodeposición (esto es, 522
755 TM). Se calcula que para fines del presente siglo,
aproximadamente el 40% de la producción primaria de cobre en EE.UU.
provendrá de las operaciones de lixiviación.

La extracción por solventes ha cumplido una función importante en los

intereses actuales de la hidrometalurgia de cobre. En general, las
soluciones impuras relativamente diluidas y que contienen cobre se
producen en la etapa de lixiviación. La extracción por solventes facilita la
producción de un electrolito rico y puro que puede dirigirse hacia la casa
de tanques donde el cobre puede ser electrodepositado como cátodos
de alta pureza. La extracción por solventes ha hecho posible la
producción de cátodos electrodepositados de alta calidad que pueden
competir directamente con cátodos electro-refinados. En el pasado, la
precipitación con chatarra de hierro era el método de recuperación
establecido, esta alternativa producía cobre impuro que requería
fundición y una posterior refinación para obtener cobre. La extracción
de solventes proporcionó la interfase entre la lixiviación y la recuperación
final de metal (Hiskey, 1993).

2.2 PRÁCTICAS ACTUALES Y FUTURAS DE LIXIVIACIÓN EN PILAS EN

EL PERÚ

La lixiviación en pilas se emplea en todo el Perú para la producción de

metales preciosos y cobre. La lixiviación de metales preciosos se da
principalmente en la parte central norteña del Perú. Mientras que la
lixiviación de cobre se da principalmente en la parte sureña del país.

19
Las instalaciones de lixiviación se encuentran ubicadas en diversos
entornos climáticos y físicos. Se emplean técnicas de construcción de
capas impermeabilizadas tanto expansivas como reutilizables.

Los avances tecnológicos peruanos en lixiviación en pilas se han

centrado en la extracción metalúrgica. Las pruebas en pilas que evalúan
tamaños de grano, ciclos de lixiviación y la concentración de lixiviantes,
son comunes. La mayoría de minas de cobre en Perú emplean métodos
de extracción tradicionales de molienda y de concentración para
minerales de alta ley. Las técnicas de lixiviación en pilas brindan la
oportunidad de extraer productos de los minerales de ley anteriormente
marginales.

La lixiviación de metales preciosos en la región norteña central del Perú

ha generado una fiebre de oro en nuestros días, donde se encuentran
depósitos de oro diseminados a gran escala cerca de la superficie
terrestre con poco o ningún «stripping». A pesar de que las técnicas
de lixiviación en pilas actualmente se utilizan en varios lugares del Perú,
éstas se ampliarán considerablemente en la siguiente década.

Fig. Nº 1: Proceso de Hidrometalurgia

20
2.3 CARACTERÍSTICAS DE LA LIXIVIACIÓN EN PILAS

Una de las principales características distintivas de la lixiviación en pilas

según el concepto TL es el pretratamiento de los minerales. Esta
operación consiste generalmente en una trituración del mineral, a un
alto grado de fineza –al punto que resultaba imposible su
procesamiento posterior con las tecnologías existentes, la aglomeración
de los finos en torno a las partículas mayores con agua y ácido
sulfúrico concentrado, operación esta última que se conoce bajo el
nombre de “curado”. Mediante este proceso se ha logrado elevar
la resistencia del material mientras se mantiene una buena
permeabilidad del lecho del mineral con el fin de alcanzar alturas de
pilas adecuadas, mejorar los índices de recuperación de cobre y acortar
los ciclos de lixiviación. En las operaciones modernas la altura de las
pilas suele variar entre 2 y 8 metros en contraste con la lixiviación en
botaderos donde las alturas son generalmente mucho más altas. En
consecuencia, varían también los ciclos de lixiviación y las posibles
extracciones de cobre final. En la lixiviación en pilas TL ocurren ciclos
de menos de 90 días para minerales oxidados y de 4 a 18 meses para
los sulfurados, mientras en la lixiviación en botaderos los ciclos pueden
durar entre 2 y 25 años con recuperaciones muy inferiores.

Otra característica de la lixiviación en pilas TL radica en el tipo de

minerales que pueden ser procesados. Normalmente se procesan por
esta vía óxidos y sulfuros secundarios para minerales de leyes bajas,
intermedias o altas en el rango de 0,3 a 1,5%. En la lixiviación en
botaderos, en cambio, se tratan minerales de baja ley del orden del 0,1
al 0,5%, incluidos sulfuros primarios. Por otra parte, la lixiviación por
agitación se aplica únicamente a minerales finos tales como
concentrados, calcinas y colas, para la recuperación de óxidos. La
topografía y la preparación del piso es otra característica que distingue a
la lixiviación en pilas. El piso, que debe ser esencialmente plano, es
impermeabilizado con membranas plásticas para facilitar la recolección

21
de los lixiviados, evitar pérdidas y prevenir la contaminación de las
napas subterráneas de agua. En la lixiviación en botaderos, la situación
es distinta. Frecuentemente se explotan botaderos antiguos que se
establecieron, sin que se hubiese considerado la posibilidad de una
operación de lixiviación, en cañones o laderas que permitieran una
disposición fácil de los residuos. Por lo tanto los pisos suelen ser
inclinados y no llevar ninguna preparación excepto la necesaria en los
perímetros para recoger los líquidos percolados. Relacionado con las
características topográficas y mineralógicas está el tipo de tecnología
utilizado en las operaciones de transporte y disposición de los minerales.
En el caso de la lixiviación en pilas suelen emplearse actualmente
correas transportadoras unidas a apiladoras de diseño especial para la
formación de las pilas y cargadores frontales o excavadoras para su
retiro y traslado. En el caso de la lixiviación en botaderos, los minerales
son dispuestos con camiones volquetas y una vez terminado el ciclo de
lixiviación los materiales quedan en el mismo lugar.

Como se ha mencionado anteriormente, los procesos hidrometalúrgicos

asociados con la electro-obtención para el procesamiento de los sulfuros
presentan la ventaja de evitar los problemas ambientales de emisiones
de óxidos sulfurosos y de polvo que produce la ruta clásica de fundición
pirometalúrgica. Naturalmente los procesos hidrometalúrgicos no están
exentos de riesgos ambientales aunque estos son más fáciles de
prevenir o corregir que los provocados por los gases de las fundiciones.
También es necesario prevenir descargas accidentales de licores desde
la planta o el sitio de la mina ya sea al subsuelo o al sistema de drenaje
de la superficie. Además existen riesgos ambientales asociados al
transporte del ácido sulfúrico que consume el proceso. Por otro lado se
puede señalar que los procesos de lixiviación presentan un mercado
para el ácido sulfúrico que generan las instalaciones de las fundiciones
de cobre como parte de las medidas de descontaminación.

Una característica que comparte la lixiviación en pilas TL junto con la

22
lixiviación en botaderos y la lixiviación in situ es la acción aceleradora de
bacterias en el proceso de tratamiento de minerales sulfurados, tales
como calcocita, covelita, bornita y calcopirita, acompañada de pirita. La
presencia de bacterias con acción oxidante de sulfuros tales como
Thiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans ha sido
reconocida desde hace bastante tiempo y el potencial de la lixiviación
bacteriana es aprovechado actualmente en la mayoría de las modernas
operaciones. La viabilidad técnico-económica del proceso de lixiviación
bacteriana fue demostrada por primera vez en la mina Lo Aguirre
mediante un extenso programa experimental. Las condiciones
operacionales del proceso dependen en general de las
características particulares de los minerales. Como resultado de
estos trabajos experimentales se logró diseñar una metodología de
optimización del proceso considerando variables tales como flujos de
soluciones, concentración de ácido y pH, nivel de impurezas en las
soluciones de lixiviación y altura de las pilas. Desde el punto de vista del
mineral el grado de trituración es fundamental para el acceso de las
bacterias hasta las partículas mineralizadas. Además es importante
asegurar una permeabilidad adecuada de los minerales a las fases
gaseosas y líquidas. Esta combinación de alta trituración y buena
permeabilidad en realidad es uno de los aspectos claves del proceso de
lixiviación en pilas TL.

23
Fig. Nº 2: Proceso de Lixiviación en Pilas

Fig. Nº 3: Pilas

24
 Fig. Nº 4: Lagunas de solución

2.4 LA EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE COBRE SEGÚN LOS

PROCESOS DE LIXIVIACIÓN, EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Y
ELECTRO-OBTENCIÓN

En el período 1990-1998 la producción mundial de cátodos que se

originaba en procesos de lixiviación de todo tipo, extracción por
solventes y electro-obtención aumentó de 708.000 toneladas a
2.013.000 toneladas. La participación que tuvo la producción de
cobre por esta vía en la producción total del mundo occidental de
cobre proveniente de mineral pasó en este período del 9,6% al 19,8%
(véase cuadro A-4 del anexo). De esta manera, el 46,7% del aumento de
la producción mundial de cobre entre ambos años provino de estos
procesos hidrometalúrgicos. En el cuadro 1 se presenta una estimación
de la producción de cátodos según distintos procesos de lixiviación entre
1990 y 1998. Como puede observarse, la producción de cátodos por la
vía lixiviación en pilas, extracción por solventes y electro-obtención se
incrementa desde una cantidad muy pequeña en 1990 hasta 1,100,000
toneladas en 1998, alcanzando en este último año el 55% del conjunto
de los procesos hidrometalúrgicos considerados. En cambio, la
producción hidrometalúrgica de cobre vía otros procesos de lixiviación
aumentó sólo en un 37% en términos aproximados. Por lo tanto, en el
año 1998, la producción de cobre electro-obtenido vía de lixiviación

25
 en pilas y extracción por solventes habría alcanzado aproximadamente
un 11% de la producción mundial de cobre proveniente de mineral.

Cuadro No 1

PRODUCCIÓN MUNDIAL DE COBRE

POR DISTINTOS PROCESOS DE LIXIVIACIÓN, 1990 Y 1998

(en miles de toneladas / año)

1990 1998

Lixiviación en pilas 43 1 100

Otros procesos de lixiviación 665 900

TOTAL 712 2 000

Fuente: estimaciones en base de datos proporcionados por la Dirección de
Estudios de la Corporación Chilena del Cobre.

Fig. 5: Cátodos de cobre

26
 CAPITULO III

DESARROLLO Y EVOLUCIÓN DE LOS PROCESOS

HIDROMETALÚRGICOS A NIVEL MUNDIAL Y SU IMPACTO EN
LA MINERÍA PERUANA

La hidrometalurgia como disciplina independiente, data del tiempo de los

alquimistas (Habashi, 1993).

 600 – 900 DC De Re Metallica discute conocimientos de reacciones de

reemplazo como la cementación del cobre por el hierro y el uso de aqua
regia.

 1880 - Se descubre que el oro y la plata pueden ser lixiviados en soluciones

cianuradas (Mooiman et al, 2005). La comercialización de estos procesos
revolucionaron la industria del oro, y establece el pilar fundamental de la
metalurgia extractiva del oro más de un siglo después (Fleming, 1992).

 La lixiviación y la electrometalurgia fundaron tempranamente la

hidrometalurgia. La disciplina moderna emergió con el desarrollo de la
extracción por solvente (SX) y el intercambio iónico (IX) como procesos de
separación de uranio en el proyecto Manhattan en 1942.

Más recientemente, los procesos de extracción biológica y el uso de altas

temperaturas y presiones han sido agregados al arsenal de operaciones
unitarias hidrometalúrgicas, como se ha mostrado en los recientes procesos
de extracción de cobre (McElroy y Young, 1999) y níquel (Anthony y Flett,
1997) desde materiales que, anteriormente, sólo podían ser tratados por la vía
pirometalúrgica (Mooiman et al, 2005).

En nuestro país, los antecedentes hidrometalúrgicos datan de:

 1637 - Primeras experiencias en la hidrometalurgia del tratamiento de

aguas de mina en 1637 con Alonso Barba para extraer cobre.

27
 1848 - el químico Pedro Hugón instaló en Arqueta (Cajamarca) una planta
de lixiviación (Proceso Augustín).

 1890 – Hualgayoc, se iniciaron los primeros ensayos de lixiviación, para que

un año más tarde instalarse oficinas de lixiviación en el mismo Hualgayoc y
en Bambamarca.

 1892 - Se instalan plantas de lixiviación con hiposulfito de sodio en San

José (Castrovirreyna), Gazuna (Cajatambo) y en Pilancos (Hualgayoc).

 1895 – La compañía Minera Pataz (El Gigante) empezó con el tratamiento

de minerales de oro por el método de cianuración. Ya en 1897 funcionaban
en nuestro país trece (13) plantas de lixiviación.

 1945 - en nuestro país se comience a producir soluciones de sulfato de cinc

a partir de minerales sulfurados.

 1975 - se empieza aplicar el sistema de intercambio Iónico en Cerro Verde.

 1975 -1980 Emergen plantas hidrometalúrgicas de envergadura tales como:

Cajamarquilla, Cerro Verde, planta de agua de mina de Cerro de Pasco,
Yanacocha.

2.1 OBJETIVOS DE LA HIDROMETALURGIA

 Incrementar la productividad de las distintas partes del proceso.

 Reducir los costos de operación,

 Reducir los impactos ambientales y sociales

 En caso de la necesidad de una nueva capacidad de planta,

desarrollar procesos nuevos, simples, limpios y más económicos.

2.2 TECNOLOGIAS VIGENTES A 1970

La alta demanda del cobre fue un estímulo para la búsqueda de

tecnologías que permitieran aprovechar los yacimientos porfíricos con
baja ley en los cuales el metal está esparcido en grandes áreas y
mezclado con gran cantidad de componentes y roca estéril, como los
que se explotan en la actualidad.

28
 El cobre aparece vinculado en su mayor parte a minerales sulfurados,
aunque también se lo encuentra asociado a minerales oxidados.

material desde las minas a tajo abierto o subterráneas, lo que requiere la

fragmentación y el transporte del material identificado por estudios
geológicos realizados en la etapa previa de exploración.

El mineral extraído pasa en primer lugar por un proceso de molienda. En

el caso de los minerales oxidados el proceso productivo implica someter
el material a una solución de lixiviación, que producirá soluciones de
sulfato de cobre, las cuales son sometidas a un proceso de extracción
con solventes y posteriormente a un sistema de electro obtención cuyo
resultado final son los cátodos de cobre con 99,99 por ciento de pureza.

Los minerales sulfurados pasan primero por el chancado y la molienda,

luego por mecanismos de clasificación hasta obtener el concentrado de
cobre, que tiene 30 por ciento del metal. Su purificación posterior se
realiza en hornos que permiten obtener cobre blister o ánodos con 98
por ciento de pureza. Finalmente la electrorefinación permite transformar
los ánodos en cátodos con 99,99 por ciento de pureza. A continuación
se muestra una de las tecnologías aún vigentes para el caso del cobre
que es la FUNDICIÓN.

2.3 HIDROMETALURGIA MUNDIAL

Fig. Nº 6: Panorama y oportunidades

29
 Fig. Nº 7: Producción mundial de cobre

Estos dos tipos de mineral requieren de procesos productivos diferentes,

pero en ambos casos el punto de partida es el mismo: la extracción del

Fig. Nº 8: Tecnologías vigentes

30
2.4 HIDROMETALURGIA (APLICACIÓN CÁTODOS DE COBRE)

Las etapas de la Hidrometalurgia son: En este caso para el cobre, se

tiene:

 LIXIVIACIÓN: Lixiviación en pilas

 PURIFICACIÓN/CONCENTRACIÓN: Extracción por Solventes

 PRECIPITACIÓN: Electrodepositación

2.4.1 Lixiviación en Pilas

El mineral procedente de la explotación, a cielo abierto o

subterránea, debe ser ligeramente preparado en una planta de
chancado y/o aglomeración, para conseguir una granulometría
controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad.

Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección

trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la
solución lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se
recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a
la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral
(Cobre). Una vez concluido el período de lixiviación (2 a 3 meses)
los ripios son llevados a los botaderos.

2.4.2 Extracción por solventes

Se entiende al proceso de separación o extracción de materiales

diluidos (iones) contenidos en medios líquidos (solución acuosa),
mediante el empleo de medios de extracción también líquidos
(solución orgánica).

Comprende las siguientes etapas: Extracción y Reextracción

(Descarga).

a) Etapa de extracción

31
 Es la recuperación selectiva del Cu2+ por medio de la solución
orgánica desde las soluciones acuosas ácidas producto de la
etapa de lixiviación (PLS).

La solución rica proveniente de las pilas es mezclada con la

fase orgánica (orgánico descargado), para extraer
SELECTIVAMENTE el cobre obteniendo una solución pobre
en cobre, llamada refino, que es reciclada a la etapa de
lixiviación en pilas. Se obtiene en esta etapa una fase orgánica
cargada, que es avanzada a la siguiente etapa. Se produce la
siguiente reacción:

Donde:

PLS = Pregnant Leach Solution (Sulfato de Cobre+Ácido);

OD = Orgánico descargado;

OC = Orgánico cargado.

b) Etapa de reextracción (descarga)

El orgánico cargado se pone en contacto con el electrolito

pobre proveniente del proceso de electrodepositación, de alta
acidez (150-200 g/l de H2SO4). El cobre pasa de la fase
orgánica a la fase acuosa, obteniéndose una fase orgánica
descargada que se recicla a la etapa de extracción y un
electrolito rico que avanza hacia la electrodepositación.

Es la etapa donde el Cobre conseguido por la fase orgánica

en la etapa de extracción es transferido a una solución
acuosa fuertemente ácida (180 g/L de ácido) llamada
"electrolito descargado o electrolito pobre". Esta solución
aumenta su concentración de Cobre de 30 a 45 gramos por

32
 litro y es utilizada luego como "electrolito rico" en el proceso
de electrodepositación.
Se produce la siguiente reacción: (Observar el sentido de la
flecha)

Donde:

ER = Electrolito Rico; OD = Orgánico descargado;

OC = Orgánico cargado; EP = Electrolito Pobre

2.4.3 Electrodepositación

Bajo la denominación “electrodepositación de cobre” se entiende

a la obtención de cátodos de cobre de alta pureza, los cuales se
producen sumergiendo dos electrodos: cátodo (-) y ánodo (+), en
una solución electrolítica de sulfato de cobre.

Fig. Nº 9: Celda electrolítica

A continuación se muestra un diagrama de flujo resumiendo las

etapas de la Hidrometalurgia aplicado a la obtención final de
cátodos de cobre:

33
 Fig. Nº 10: extracción por solventes

En el siguiente cuadro se puede observar que la producción de

cobre refinado obtenido por hidrometalurgia, se ha estado
incrementando gradualmente, a este año 2010 debe representar
casi el 22% de todo el cobre producido (20.7 Millones de Tm) y
ello demuestra la importancia que está teniendo la
hidrometalurgia por dos razones fundamentales sus menor

34
consumo de energía, menores costos implicados y un proceso
más limpio con el medio ambiente.

Tabla Nº 1: Producción mundial de cobre refinado

Fuente: Ministerio de Energía y Minas

 Tradicionalmente la principal fuente de recursos minerales en

el Perú ha sido la Cordillera de los Andes.

 Existe una vasta y variada riqueza geológica reconocida por

la comunidad internacional, la mayor parte aún por explorar y
explotar.

 El potencial de la minería peruana se refleja en la producción

de: oro, plata, plomo, zinc, molibdeno, estaño y nuevos
yacimientos de hierro y uranio.

35
 Fig. Nº 11: Ubicación de yacimientos de cobre en el Perú

 Los minerales producidos en el Perú son de gran demanda en

el mercado mundial actual. Estados Unidos, China, Suiza,
Japón, Canadá y la Unión Europea son los principales
destinos de sus exportaciones mineras.

 En cuanto reservas de mineral, el Perú es el segundo país

con mayores reservas de cobre en el mundo; en
Latinoamérica primero en Zn, Pb y Sn, segundo en Ag y Mo.
(US Geological Survey – USGS figures).

2.5 PANORAMA DEL COBRE EN EL PERU

 En cuanto al cobre (Cu), las reservas probadas y probables son:

90,813 Miles TMF.

 Producción Anual Cu 2009: 1,275Miles TMF.

Tabla Nº 2: Reservas Cupríferas en el Perú

Fuente: Ministerio de Energía y Minas

36
 Cuadro Nº 2: Principales Proyectos Cupríferos

Fuente: MEM-2010

A continuación se detalla los proyectos cupríferos que se

encuentran ubicados principalmente en la zona norte y sur de
nuestro país.

PERU NORTE Cu – Au Franja de Pórfidos

Siendo el proyecto “La Granja” el que tiene la mayor producción

estimada de 800 Mt (millones de toneladas) de una ley de 0.61%
de cobre.

La Granja está ubicada en la región peruana de Cajamarca, en el

distrito de Querocoto, en la provincia de Chota. El lugar está
aproximadamente a 1,000 kilómetros de la ciudad capital, Lima, y
para acceder desde allí se requiere un viaje de hasta nueve horas
- dependiendo de las condiciones del clima y de la carretera-,
primero en avión y luego por tierra.

El proyecto, de 7,400 hectáreas, se encuentra a 2,000 metros

sobre el nivel del mar y la temperatura promedio es de 17.1ºC. La
precipitación promedio anual es de 989 milímetros cúbicos.

37
 Fig. Nº 12: Proyectos zona norte

Fuente: MEM-2010

PERU SUR Franja pórfidos de Cu Paleoceno

Los pórfidos cupríferos son esencialmente depósitos minerales de

baja ley y gran tonelaje. Se denominan pórfidos porque
frecuentemente, pero no exclusivamente, se asocian con rocas
ígneas intrusivas con fenocristales de feldespato en una masa
fundamental cristalina de grano fino.

Fig. Nº 13: Proyectos zona sur

Fuente: MEM-2010
38
APURIMAC Pórfido-Skarn Cu (Eoceno-Oligoceno)

Resaltando el Proyecto Las Bambas con una producción

estimada de 1 132 Mt de minerales de cobre con una ley
aproximada de 0.77% Cu y además 0.020% Mo

El Proyecto Minero Las Bambas fue el primer proyecto de Xstrata

en el Perú y tiene una gran trascendencia en el ámbito
internacional. Se ubica a 72 kilómetros del Cusco, entre las
provincias de Cotabambas y Grau, departamento de Apurímac, a
más de 4.000 metros sobre el nivel del mar.

Fig. Nº 14: Proyecto zona Apurimac

Fuente: MEM-2010

39
 Cuadro Nº 3: Producción Cuprífero 1998 - 2009

Fuente: Declaraciones de los titulares mineros

Elaboración: MINEM/DGM/DPM

Como podemos observar en la gráfica anterior referente a la

producción de cobre sigue en aumento cada año y debido a la
gran cantidad de proyectos y reservas en nuestro país dicha
producción cuprífera seguirá creciendo.

2.6 FUTURO DE LA HIDROMETALURGIA

El aumento de capacidad en las plantas de tratamiento va en la

dirección de reducir los costos operativos, como única alternativa de
supervivencia frente a los cada vez más bajos precios de los metales
básicos.

Poniendo como ejemplo el cobre, este metal ha llegado a caer hasta

valores impensables del orden de 0,60 USD por libra. Según cifras de
dominio público, los mayores productores mundiales, con procesos
convencionales molienda/flotación tienen costos de producción del orden
de 0,55-0,70 USD por libra.

Los productores de cobre vía hidrometalúrgica presentan en cambio

costos de producción de 0,30-0,50 USD por libra, y debe tenerse en

40
cuenta que la producción unitaria de las plantas hidrometalúrgicas en
términos generales es inferior a la cuarta parte de la producción en
plantas convencionales, lo que nos da una idea clara de la gran
diferencia de costo operativo entre la vía convencional y la
hidrometalúrgica.

Podría decirse que la Hidrometalúrgia está en sus comienzos, por lo que

es de esperar que los costos de producción se vean reducidos en un
plazo breve, con la introducción de mejoras en los procesos de
lixiviación, extracción por solventes y electrodepositación (se debe
continuar haciendo pruebas metalúrgicas e investigación para ir
mejorando estos procesos que involucran a la hidrometalurgia).

Hace tan sólo unos años que han empezado a desarrollarse procesos
de biolixiviación que van a permitir, una vez puestos a punto, reducir
drásticamente los costos de producción.

La Hidrometalúrgia, es hoy ampliamente aplicada para el tratamiento de

numerosos metales como el oro, cobre, zinc, níquel, cobalto, entre otros,
y la Biometalúrgia puede jugar un papel de importancia, en su desarrollo
futuro.

Parece que en este segundo milenio, estamos a las puertas de una

nueva era donde un proceso más limpio como la Biometalúrgia puede
devolver la confianza de la sociedad en la actividad minera, que en estos
momentos "verdes” goza de tan mala prensa.

Hoy día está sobradamente demostrado que las actividades industriales,

necesarias para la supervivencia de nuestra sociedad, no son en
absoluto incompatibles con la conservación de nuestro hábitat, están en
boca de todos, el Medio Ambiente.

41
 CAPITULO III

RESULTADOS

3.1 DESCRIPCIÓN

El esquema general del proceso se puede observar en la Fig. 1. El

mineral procedente de la explotación, a cielo abierto o subterránea, debe
ser ligeramente preparado en una planta de chancado y/o aglomeración,
para conseguir una granulometría controlada que permita un buen
coeficiente de permeabilidad.

Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección

trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución
lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos
enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de
recuperación de la sustancia mineral (sal o metal). Las aguas sobrantes
del proceso vuelven a ser acondicionadas para ser recicladas hacia las
pilas. También en algunos casos es preciso añadir agua nueva, para
reponer las fuertes pérdidas de evaporación del circuito.

Se denomina cancha de lixiviación a la superficie de apoyo de la pila

donde se coloca la impermeabilización. Cuando la cancha es
recuperada para reutilizarla con un nuevo mineral se trata de lixiviación
en PILAS DINAMICAS, mientras que si el terreno no es recuperado y,
por lo tanto, el mineral agotado queda en el depósito como nueva
base para otra pila, se está en la lixiviación en PILAS ESTATICAS o
PERMANENTES.

La solución rica (S.R. o P.L.S.: pregnant leach solution) es generalmente

impura y diluida y deberá ser purificada y concentrada antes de
recuperar el metal. En la hidrometalurgia del cobre, eso se realiza
mediante la extracción por solvente seguida por la electrodepositación
42
del cobre. La solución rica sólo contiene 4 - 6 g/l Cu y 1 - 2 g/l H2SO4 y
es impura ( 5 g/l Fe, SiO2, Al2O3 coloides, sólidos en suspensión, ...).

Fig. 15: Proceso de Lixiviación de cobre en pilas

43
44
Figura Nº 16: Esquema de lixiviación en pila
3.2 CONSTRUCCIÓN DE LAS PILAS

El diseño de las pilas debe tener en cuenta los siguientes factores:

 La calidad del patio o base de apoyo (impermeable).

 Las facilidades de riego y recolección o drenaje del efluente.

 La estabilidad de la pila seca y saturada en agua.

 Los tanques (piscinas) de soluciones ricas y pobres.

 La forma de apilamiento o deposición del material Lixiviable

(Compactación, homogeneidad, ...).

3.2.1 Preparación de la base de las pilas

Se necesita disponibilidad de amplias superficies de terreno

relativamente llanas (menos de 10% de pendiente). La cancha
debe ser considerada con su sistema de impermeabilización,
para controlar las pérdidas de soluciones y evitar
contaminaciones del medio ambiente. El sistema consiste en:

 Una base firme y consolidada, debidamente preparada

 Una capa de lecho granular sobre el que apoyar suavemente

la lámina

 La lámina o capa de impermeabilización

 Un conjunto de drenaje o capa de recolección de líquidos

 Una capa protectora del sistema

Generalmente, las membranas o láminas de impermeabilización

del patio son geomembranas de origen sintético (láminas de
plástico: polietileno de alta densidad o PVC de 1 a 1.5 mm o
polietileno de baja densidad de 0.2 a 0.3 mm de espesor) pero
también pueden ser materiales arcillosos compactados sobre el
propio terreno, hormigón, asfalto, etc.. Se pueden disponer de
membranas o sellados simples, dobles o triples, de acuerdo con
45
 el número de capas impermeables o membranas que se hayan
utilizado.

Una parte importante de la construcción de la pila es el sistema

de recolección de la solución rica, que, en general consta de
grava o material filtrante sobre la lámina y tuberías perforadas
drenantes de plástico.

3.2.2 Técnicas de apilamiento del mineral

El uso de cargadores frontales y camiones (Fig. Nº 18a) a sido

desplazado, en los últimos proyectos, por apiladores
autopropulsados de bajo perfil de carga, como en el caso de
Lince, para tonelajes de 5000 a 10000 tpd (Fig. Nº 18b).
Para tonelajes mayores, 17500 tpd en Quebrada Blanca por
ejemplo, se ha adoptado el sistema de correas cortas y móviles
(grass hoppers) que se articulan flexiblemente en secuencia para
transportar el mineral desde el aglomerador hasta el apilador
móvil que construye la pila (Fig. Nº 18c). Para tonelajes aún
mayores, como en El Abra 125000 tpd, se implementaron otros
tipos de equipos (apiladores sobre orugas, ...).

La altura de la pila fluctúa entre 2.5 m para sistemas de camión y

cargador frontal, hasta 10 m para apiladores.

3.2.3 Riego de la pila

El riego de las pilas se puede realizar fundamentalmente por dos

procedimientos: por aspersión o por distribución de goteo, este
último siendo recomendable en caso de escasez de líquidos y
bajas temperaturas (Fig 3.13 a y b). En la industria, se utiliza
2
generalmente una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/h.m .

El riego tiene que ser homogéneo.

46
 a) Por asperción

b) Por goteo

Figura Nº 17: Técnicas de irrigación de las pilas

47
 Fig. Nº 18: Técnicas de apilamiento del mineral

3.3 OPERACIÓN DE LAS PILAS

Al inicio de la operación, se deben disponer como mínimo de dos pilas,

comenzándose con el riego de la primera de ellas. En un principio se
obtendrá una alta concentración (Cmx) en la solución, que irá
descendiendo hasta un valor por debajo de la concentración media
(Cmd) de diseño. En este momento se pone simultáneamente en
operación la segunda pila, con dos sistemas posibles :

a) Lixiviación de las dos pilas con obtención de una única solución

rica final.

b) Lixiviación de la primera pila con producción de solución

48
 intermedia (pobre), que se recicla a la segunda pila nueva en donde
se obtiene la solución rica (Fig. 3.15). Este segundo sistema se
generalizo, ya que permite alargar el tiempo de lixiviación de las
pilas y/o disminuir el caudal de solución rica y entonces el tamaño
de la planta de SX.

Cuando la primera pila alcanza el valor mínimo económico, se

procede al lavado con agua fresca y drenaje hasta el agotamiento,
yendo esta solución al depósito o piscina de solución estéril para
recirculación al sistema. Al mismo tiempo se pone en operación una
nueva pila.

Según las disponibilidades de área, la pila agotada se puede cargar y

transportar a un vertedero cercano (PILA DINAMICA o REMOVIBLE)
o puede servir de base para la formación de una nueva pila (PILA
PERMANENTE).

La tendencia se desplaza al uso de pilas permanentes, para evitar

los costos asociados a los movimientos de materiales residuales y
aminorar las pérdidas de solución por filtración a través de la lámina de
plástico. Por ejemplo, en Tintaya, se planea subir hasta 6 pisos de 3 m
cada uno.

Si el tiempo de lixiviación no es suficiente, la recuperación baja. Es un

problema, porque no es posible aumentar el tiempo sin aumentar el área
de la cancha de lixiviación.

49
 Fig. Nº 19: Esquema de un sistema de lixiviación en pilas

Fig. Nº 20: Reciclage de una solución lixiviante en contra – corriente

50
3.4 CHANCADO DEL MINERAL

El chancado del mineral debe cumplir con tres objetivos :

(1) Ser lo suficiente fino para que la mayoría de la especie metálica

valiosa este expuesta a la acción de la solución lixiviante.

Por ej. : 100 % bajo 3/4"

(2) No puede producir demasiado partículas finas para no

alterar la permeabilidad de la pila. (Por convención, se llama fina
toda partícula bajo 100 mallas)  “Material arcilloso”

Por ej. : partículas finas < 10%

(3) El mineral chancado debe ser el más homogéneo posible,

todas las partículas siendo comprendidas en un estrecho rango
de tamaño (Fig. 3.16).

Tabla Nº 2: Escala de tamaños de partículas, en pulgadas,

mallas Tyler y mm.

16/16" 8/8" 4/4" 2/2" 1" 25.4 mm
3/4" 19.0 mm FRACCION
8/16" 4/8" 2/4" 1/2" 12.7 mm
3/8" 9.5 mm GRUESA
4/16" 2/8" 1/4" 6.4 mm
3/16" 4.8 mm
2/16" 1/8" 3.2 mm FRACCION
.
. MEDIA
4 mallas
. 4.75 mm
. FRACCION
. FINA
100 mallas

150 mm

51
 (1)

(2)

Figura Nº 21: Curvas de distribución granulométrica de un producto de la etapa

de chancado. La curva (1) es más homogénea que la curva (2).

Figura Nº 22: Concepto de la lixiviación TL (capa delgada).

52
3.5 AGLOMERACIÓN

3.5.1 Lixiviación TL (Thin Layer)

Este concepto revolucionó la industria de lixiviación del cobre.

Consiste en impedir la acumulación de solución en la pila.
Al contrario de la lixiviación en bateas, la pila no se inunda. La
solución escurre sobre las partículas de minerales, formando una
capa delgada de líquido (Fig. Nº 7)

3.5.2 Permeabilidad del lecho

Se necesita que el lecho de partículas que conforman la pila sea

bien permeable, para asegurar una buena percolación y
dispersión de la solución lixiviante en la pila, sin escurimiento
preferencial. También, las pilas podrían derrumbarse si había
acumulación de agua en la pila.

La permeabilidad del lecho de mineral es mayor si :

 Las partículas son de tamaño suficientemente grande

 No hay acumulación de partículas finas

 El tamaño de las partículas es homogéneo en la pila

 No hay compactación de la pila por maquinaria pesada

3.5.3 Proceso de aglomeración

De lo anterior, se deduce que se tiene que reducir la cantidad

de partículas finas en la pila para aumentar su permeabilidad.
Hoy en día, el proceso más empleado para solucionar el
problema de los finos es la aglomeración.

El proceso de aglomeración consiste en esencia en la adhesión

de partículas finas a las gruesas, que actúan como núcleos o la
aglomeración de los finos con los finos, a partir de la distribución
de tamaños en la alimentación (Fig. Nº 8).

53
 Figura Nº 23: Concepto de aglomeración.

Aglomeración por humedad

El proceso más simple de aglomeración es humedecer el

mineral con líquido, hasta alcanzar un contenido de agua que
origine una tensión superficial suficiente, para que al colisionar
las partículas entre sí, los finos se adhieran a los tamaños
gruesos. Se forma un puente líquido entre las partículas.

El cálculo teórico de la humedad óptima es casi imposible y

depende de muchos factores como la mineralogía del mineral,
contenido de finos, arcillas, ... Puede ser de 6 - 8 % para
minerales muy limpios, hasta un 10-15 % H2O para materiales
normales.

Aglomeración por adherentes

Existen ciertos materiales que pueden mejorar la adherencia

de las partículas finas a las gruesas, prolongando esta unión
tanto en la manipulación como en la operación de lixiviación.

54
En el caso de la lixiviación del cobre, la aglomeración (o curado)
se realiza con el mismo lixiviante ácido en un tambor rotatorio
(Fig. Nº 9). Primero, se humecta el mineral (+/- 4%) con agua o
solución pobre (refino). Después, se agrega ácido sulfúrico
concentrado (+/- 30 kg/t o 3%), este ácido ataca el mineral y
genera compuestos cementantes entre las partículas.

Además de la aglomeración, ocurren reacciones químicas

conduciendo a la formación de sulfatos de cobre y hierro (curado
propiamente tal). Estas reacciones son exotérmicas y generan
mucha calor. Por ejemplo :

CuO + H2SO4 => CuSO4 + H2O

CuSiO3 + H2SO4 => CuSO4 + SiO2 + H2O ........

Después de la aglomeración en el tambor rotatorio, se deja

reposar el mineral durante 24 h en la pila, para que se completen
las reacciones químicas y que se adhieren entre sí las partículas
en la misma pila.

En el caso de la aglomeración de minerales de oro y plata, los

aglomerantes son normalmente el cemento y la cal. Estos
reactivos mejoran la adhesión de las partículas entre sí, y
también aumentan el pH del mineral para su posterior
cianuración.

Equipos

El equipo más común es el tambor aglomerador. Consiste en un

cilindro inclinado girando a baja velocidad, ocasionando el deslice
(cascada) y la aglomeración del mineral previamente mojado con
agua y/o adherentes (Fig Nº 9). Se practica también la
aglomeración en depósitos (stock), en cintas transportadoras y
en platos.

55
 Figura Nº 24: Aglomeración en tambor rotatorio.

Figura Nº 25: Equipo de Aglomeración en tambor rotatorio.

56
3.6 VARIABLES DEL PROCESO

Se pueden estudiar el efecto de varias variables operacionales

sobre la recuperación del metal valioso y la cinética realizando pruebas
de laboratorio en columnas.

Las principales variables son :

♦ La granulometría

♦ La altura de la pila

♦ La tasa de riego [l/h.m2] o [l/h.T]

♦ La concentración en ácido de la solución de riego

♦ El tiempo de lixiviación

 Depende de la cinética (lix. química: 1 a 2 meses; lix. bacterial : 3

a 12 meses).

Todos estos factores están relacionados entre si.

Por ejemplo, si se aumenta la altura de la pila, la concentración en

ácido del primer metro es buena, pero baja a medida que la solución
percola en la pila y el cobre de los estratos inferiores no se lixivia bien.
Se puede aumentar la concentración en ácido de la solución de
lixiviación, para salir de la pila con +/- 3 g/l [H+], pero más ácido se da a
la ganga y más se come, así que se va a incrementar el consumo de
ácido. Otra posibilidad es aumentar la tasa de riego, pero existe un
riesgo de inundar la pila.

3.7 DISEÑO DE LAS PILAS

En este párrafo, se considera el diseño de una operación mediana de

lixiviación de óxidos de cobre, por ejemplo Xstrata Tintaya (Región
Cuzco).

57
3.7.1 Datos

Capacidad de la planta : 48000 tCu/año = 4000 tCu/mes

= 133 tCu/día

Ley del mineral : 0.95 % CuT

(0.80% Cu soluble + 0.15% Cu insoluble)

Fierro : 5%

Consumo de ácido : 3.5 kg ácido/kg Cu producido

Recuperación en la pila : 80% CuT en 2 meses (le da las

pruebas piloto) Granulometría : 100% < 3/8"

Altura de la pila : 5 m (parámetro de diseño)

Densidad aparente del mineral en la pila : 1.45 t/m3 (material

chancado).

3.7.2 Capacidad de la planta de chancado

Se recupera 80% x 9.5 kg Cu/TMS = 7.6 kg Cu/TMS (TMS

= Tonelada Métrica Seca).

Entonces, se tiene que procesar:

A Botadero
Mineral Planta 17 167 TMS/día
17 500 TMS/día Recuperación = 80%
Cátodos
333 TM Cu/día

Figura Nº 10, Diagrama de flujo simplificado de una planta de

lixiviación de cobre.

58
3.7.3 Superficie de terreno

El ciclo de lixiviación de una pila de mineral es de 2 meses.

Entonces, el stock de mineral en la planta es de 17500 TMS/día
x 60 días = 1.050.000 TMS.

Si se consideran pilas rectangulares (aproximación) de 5

metros de altura, se puede almacenar 1.45 TMS/m3 x 5 m =
7.25 TMS/m2.

La superficie de las pilas en funcionamiento es de:

Pero todos los días, hay por lo menos una pila en carga, otra en
descarga y se necesita espacio para el movimiento de las
máquinas. La práctica indica que esos espacios ocupan un
10% de la superficie de las pilas en funcionamiento. Se
necesita entonces una superficie total de terreno de 144827 m2
x 110% = 159310 m2.

Eso corresponde a un área de 400 m x 400 m, o 200 m x 800

m, o 100 m x 1600 m.

59
 CONCLUSIONES

 La velocidad de disolución de cobre está limitada por la difusión del ion

cúprico a través de la capa de residuo de la lixiviación desde la zona de
reacción hacia la solución, tanto para soluciones diluidas como
concentradas.

 La velocidad de disolución de cobre es mayor en soluciones diluidas que

en soluciones concentradas dado que el coeficiente de difusión del ion
cuprico disminuye en un 60 % al utilizar soluciones concentradas.

 La velocidad de disolución de cobre es independiente de la

concentración de ácido sulfúrico en el rango de 15 a 30 [gr/lt].

 El consumo de ácido por cobre producido aumenta al aumentar la

concentración de ácido en solución sin aumentar la velocidad de
disolución del cobre ni su recuperación. Basado en este resultado
debería existir una concentración de ácido menor a 15 [gr/lt] que
mantenga la velocidad de disolución de cobre minimizando el consumo
de ácido.

60
 RECOMENDACIONES

 Para el riego de una pila podemos tener muchas alternativas,

aspersores, y mangueras. Para lo cual con sus ventajas y desventajas;
sin embargo lo más importante, es cual te permite tener mejor eficiencia
de precipitación, homogeneidad, facilidad para la instalación y sobre todo
menor costo.

 Mi recomendación acerca del uso del riego por goteo es el de buscar la

mejor alternativa, experimentar, puede ser que este tipo de mangueras
trabaje bien en la mina, y puede ser que en otra no, pero es
responsabilidad del metalurgista la búsqueda del mejor sistema de riego.

 Con respecto al consumo de ácido sulfúrico, he leído en trabajos que

han sido presentados en congresos mineros metalúrgicos y de acuerdo a
mi experiencia puedo ver que el comportamiento de la curva de
recuperación y cantidad de cobre en la solución con el tiempo es muy
parecido; a sí mismo sugiero que el riego a diferentes concentraciones
de ácido sulfúrico es una alternativa que debe ser evaluada previamente
para la aplicación en la pila.

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 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 Martin Col & al (RAHCO), " Manejo de Materiales en Proyectos de

Lixiviación ", Minería Chilena N°191, pp 109-123, Mayo 1997.

 Marcos Gonzalez, "Curado-Aglomeración-Lixiviación", Curso de

capacitación, Universidad de Atacama, Copiapó, 1999.

 John Marsden & Lain House, " The Chemistry of Gold Extraction ", Ellis
Horwood Limited, 2002.

 Paul E. Queneau & al, " Hydrometallurgy - a short course ", TMS-AIME
Continuing Education Committee.

 Andrés Reghezza, " Aspectos Tecnologicos de la Lixiviación ",

Universidad de Concepción, Concepción, 1997.

 Gabriel Zárate, " Beneficio de Minerales de Cobre ", in Minería Chilena

N°159, pp 37 – 57, Septiembre 1994.

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2001.

 Muhtadi, O., 1998, «Heap Construction and Solution Application», en:

Introduction to Evaluation, Design and Operation of Precious Metal
Heap Leaching Projects, D. Van Zyl, I. Hutchison y J. Kiel, (eds.) SME,
1998.

 Murr, L.E., 2000, «Theory and Practice of Copper Sulphide Leaching in

Dumps and In situ», Minerals Science and Engineering, v. 12, No. 3,
p.121-189.

 Nash, W.G., 1912, «Precipitation of Copper From Mine Waters», Minig

and Scientific Press, v.104, No. 5, p. 213-214.

 Newmark, N.M., 1965, «The 5th Rankine Lecture - Effects of

Earthquake in Dams and Embankments, «Geothecnique, Vol. 5, No. 2,
Junio.

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 Potter, G.M., 1981, «Design Factors of Heap Leaching Operations»,
Mining Engineering, v. 33, No.3, p. 277-281.

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