Contexto y Practica de La Lixiviacion
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CAPITULO SIETEContexto y Practica de la Lixiviaci6n
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CAPITULO SIETE ;- .
Contexto y Practica de la Lixiviaci6n- -
Tal como se definiera en el Capitulo Uno - cuan-
do se bosquejo el contexto de aplicaclon general de
la Hidrometalurgia - las principales eta pas de pro-
ceso que forman parte de ella son:
• una etapa de disolucion selective de los me-
tales - presentes en las especies mineraloqicas de
cualquier naturaleza - desde los solidos que los con-
tienen, mediante una solucion disolvente acuosa.
proceso que qenertcarnente se denomina
como "lixiviecion";
• una etapa de procesamiento y transforma-
cion de los metales disueltos en el medio acuoso
de lixiviacion, mediante agentes externos que per-
miten la puriiicecion y/o concenirecion de estos me-
tales en solucion: y
• una etapa de recuperecion selectiva de los
valores rnetallcos disueltos en el medio acuoso, en
general conocida como precipitecion.
En los diferentes capitulos que siguen en esta
secclon, se veran las principales variantes que cons-
tituyen la primera de estas eta pas, definida como
de "disolucion selectiva ",Eso si, de aqui en adelan-
te denominaremos a esta disolucion con su nom-
bre equivalente tecnlco de "iixiviecion" - siendo su
correspondiente en inqles leaching - y que, cuan-
do corresponda, abreviaremos como LX.
Como una manera loqlca de dar inicio a la pre-
sentacion de la lixiviecion. es conveniente exponer
algunas nociones acerca de los solid os a los que se
aplica este proceso. De esta manera, en el presente
Capitulo Siete se dara inicio a la presentacion de la
lixiviecion, revisando brevemente algunos conceptos
elementales respecto de la geologia, de los Ienome-
nos de iormecion de yacimientos y del estado natu-
ral en que se pueden encontrar los metales en sus
minerales.
Seguidamente y en el mismo Capitulo Siete, se
revisaran los aspectos iecnoloqicos referidos a la
irnplernentacion de la lixiviecion en la prectice indus-
trial, es decir, los tipos de reactores utilizados y dis-
ponibles para su aplicaclon y su respective rango de
utilizacion,
En los capitulos siguientes, sucesivamente, se
veran los diversos procesos de lixiviecion:
• aplicada primero a metales, como es el casodel
oro - en el Capitulo Ocho - luego.
• para los minerales oxidados, representados
principalmente por el cobre y el uranio - en el Capitu-
lo Nueve - seguidamente,
• para los minerales sulfurados, por rnetcdos
quimicos - en el Capitulo Diez - y, finalmente.
• la lixiviecion bacteriana de minerales
sulfurados - en el Capitulo Once - cerrando asl este
importante tema.
Hidrornetalurgia: fundarnentos, proccsos y aplicacioncs 133
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7.1.- Formaci6n de Yacimientos y
Estado Natural de los Minerales
De acuerdo a las disciplinas que estudia la Geo-
logia, existen numerosos fenornenos que explican la
forrnacion y transformacion de los yacimientos mine-
rales, hasta el momento de alcanzar la madurez eco-
nornlca para su explotacion. Sin embargo, debido ala
importancia que reviste para Chi le - y, en general, para
toda Latino America - en el presente caso nos referi-
remos en forma particular a los procesos de forma-
cion y trensiormecion que sufren los yaeimientos de
cobre de tipo porfidieo.
Esta eleccion se justifica por ser estos yacimien-
tos los mas abundantes en esta region del mundo, 10
que les otorga una gran importancia econornica. y por
adecuarse, de manera bastante dldactica. para expli-
car los Ienomenos geologicos de trensiormecion -
oxidacion, lixiviacion primaria y natural, desplazamien-
to, precipitacion, enriquecimiento. re-lixiviacion, enri-
quecimiento secundario. etc - que sufren sus espe-
cies minerales, a partir del momenta de su forrnacion
y hasta hoy, desde el punto de vista que interesa a los
metalurgistas, y mas aun de aquellos que se enfocan
hacia la Hidrometalurgia.
De esta manera, se puede decir que el tipico yael-
miento porfidico de cobre, en su estado original de
forrnacion. corresponde a un cuerpo intrusivo, de tipo
monzonita/dacita, que contiene rnlnerallzacion prima-
ria finamente disemi nada de calcopirita, CuFeS2' y de
pirita. FeS2' con subproductos tales como molibdenita,
MoS2,
oro - general mente en estado nativo, es decir
como Auo - y plata. sea esta nativa 0 como sulfuro,
AgOyA92S.
134 Esteban M. Domic M.
•
: : : _ - _ _ - ; _ -
CAPITULO SIETE
Generalmente. este tipo deyacimiento primario
sido sometido, por un largo tiempo geologico -
medido en millones de aries - a una intense trans-
Iormecion producida por fenornenos de oxido-re-
duccion.
Entre estes se pueden destacar, en primer lugar,
los que suceden en profundidad, como son los de oxi-
dacion hidrotermal, que ocurren a altas presiones y
temperaturas, muy superiores a las atmosferlcas y/o
ambientales. Estas condiciones naturales, de excep-
cional rigor, son semejantes a las condiciones
hldrornetalurqlcas que se podrian lograr en un reac-
tor a presion, del tipo autoclave, sequn analizaremos
mas adelante.
Tarnbien contribuyen a estas transformaciones
otros fenornenos de rneteorlzacion y oxidacion, en
condiciones mas cercanas al ambiente atrnosfenco,
particularmente cuando el yacimiento esta mas
cercano a la superficie 0 la erosion 10 ha dejado ex-
puesto a ella. La alteracion que producen los diversos
niveles del agua superficial, las sales que en ella se
disuelven, sus contenidos de oxigeno disuelto y, muy
probablemente, todo ello catalizado por la acclon de
bacterias - sulfo y ferro-oxidantes - dan origen a la
situacion general que se describe en la Figura 7.1 .
En esas condiciones esencialmente oxidantes,
y actuando las bacterias como catalizadores, los
sulfuros de cobre y Fierro correspondientes a la
rnineralizacton primaria - basicamente constituida
de calcopirita y pirita - sufren una transformaci6n
que. en su forma mas simple, puede ser represen-
tad a asi:
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CONTEXTO Y PRACTJ(A DE LA LlXIVIACION
I
"ZONA LlXIVIADA (hematita, jarosi
A
t
MINERALIZACION
PRIMARIO CALCOPIRITA
SECUNDARIO CALCOSINA
OXIDOS DE COBRE
ALTERACION
IP p
. . . . .;'
PT POTASICA (biotita ortoclasa)
PL FILICA (cuarzo-serlcita-plrlta)
pp PROPILITICA (clorlta-epidota)
A ARGILICA
TIPO DE ROCA
1 / ; ; : - 1 GRANODIGRITA
Ifi!I PORFIDO
Figura 7.1.-Esquema tipico de un yacimiento porfidico de cobre, cercano a lasuperficie, erosionado y sometido afen6menos de meteorizaci6n y oxidaci6n.
De esta manera. las soluciones acidas de sulfato
de cobre. ya agotadas en su contenido de oxigeno,
descienden y reaccionan con nuevos sulfuros, pero
ahora en las condiciones reductoras que prevalecen
bajo el nivel freatico de la napa del agua subterranea,
Asi se van gradualmente convirtiendo las especies
minerales primarias - de pi r ita y calcopirita - en mine-
rales secundarios - del tipo calcosina/covelina - se-
gun las siguientes expresiones que presentan una
estequeometria esencialmente variable:
CuS04 + FeS2 ---7 CU2S I CuS + FeS04
CuS04 + CuFeS2 ---7 CU2S ICuS + FeS04
Para que este sistema adquiera cierta importan-
cia econornica. el desplazamiento de soluciones
mineralizadas. a traves de la roca y siguiendo el rnovi-
miento de las napas de aguas subterraneas, debiera
producirse a distancias significativas. De esta forma.
pueden Ilegar a acumularse cantidades econornica-
mente importantes de estos sulfuros secundarios de
calcosinal covelina. formando 1 0 que se conoce como
Hidrornetalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 135
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una zona de "enriquecimiento secundario ", Casos
emblernaticos. por la enorme importancia econornica
que ha presentado en ellos este tipo de enriquecimien-
to, se encuentran, por ejemplo. en los yacimientos de
Chuquicamata y de La Escondida.
Una oxtdacion posterior de esta zona de enrique-
cimiento - tarnbien eventual mente catalizada por bac-
terias - puede conducir a la formaclon de los llama-
dos minerales oxidados, tales como: crisocola,
tenorlta. brochantita, malaquita, atacarnita. etc, sequn
cual sea el ambiente de impurezas y/o ganga prevale-
ciente en el entorno en que precipitaron: abundancia
relativa de oxigeno. 0 bien disponibilidad de Si02 co-
loidal (acido polisllicico). 0 de CO2, 0 bien de cloruros
Ipor presencia de agua salads). etc, Este ambiente 1 0 -
calmente diverso provocara, respectivamente, la for-
macron de sulfatos y de oxides propiamente tales, de
sil icatos, de carbonatos. de cloruros y oxicloruros, etc.
Asimismo, en esta etapa de transformaciones se-
cundarias, queda de rnanifiesto la importancia que tie-
nen tarnblen las reacciones entre el acido sulfurico y
los minerales de la ganga, tales como las ortoclasas.
ya que conduclran a la forrnacion de arclllas.
Finalmente, para que todo 1 0 anterior sea posible.
aun considerando tiempos qeoloqicos muy largos, la
totalidad del deposito debe haber sufrido alqun gra-
do sustancial de fracturamiento - adernas de la ero-
sion antes mencionada - de tal forma que se tenga
una permeabil idad global favorable para el desplaza-
miento de las diversas soluciones mtnerallzadas.
Cuando el fracturamiento encauza las soluciones
a traves de una falla geologica que conduce. por ejem-
plo, a una zona de mayor permeabilidad de la roca 0
de deposita cion de gravas sedi mentarias con alta per-
meabilidad entre los clastos. la rniqracion de dichas
136 Esteban M. Domic M.
- .
CAPITULO SIElE
soluciones se ve muy favorecida y puede producirse
hasta alcanzarvarios kilometres desde la zona en que
se generaron las soluciones. En ese nuevo punto las
condiciones fisico-quimicas del ambiente receptor
pueden ser muy diversas a las originales y las solucio-
nes se precipitan, generalmente en la forma de
silicatos complejos que contienen significativas can-
tidades de fierro y de manganeso. Esta mineralizacion
corresponde a los asi denominados copper wad y
copper pitch, adernas de crisocola. dioptasa y otras
especies oxidadas complejas de cobre,
Aqui se debe tener presente dos posibles situa-
clones, sequn si el ambiente receptor esta formado por
clastos densos y muy irnperrneables. don de el cobre
de las soluciones no penetra. y asi la rnineralizacion
que precipita pasa a "cementer" los clastos, pero es-
tos siguen siendo esteriles. En el segundo caso, se
puede tratar de una roca mas permeable, 0de clastos
mas deseompuestos y que actuan como una esponja,
en cuyo caso las soluciones no solo precipitan en el
exterior, cementando los clastos, sino que tambien 1 0
hacen en el interior, mineralizando la roca receptora.
EI nuevo yacimiento asi formado se conoce como
un "yacimiento exotica "y el conducto permeable a tra-
ves del cual se trasladaron las soluciones hasta su
nueva posicion se denomina "paleocana/". En Chile
existen numerosos ejemplos de este tipo de yacimien-
to exotico, por citar algunos: Mina Sur (conoclda du-
rante largo tiempo como La Exotica) con respecto al
yacimiento madre de Chuquicamata, Damiana con
relaci6n a EI Salvador, Huinquintipa con relaci6n a
Rosario de Collahuasi, y tambien La Cascada y EITe-
soro, cuyos yacimientos de origen ("yacimiento ma-
dre") no han sido todavia determinados con precision.
En relaclon a los metales nobles, como el oro y la
plata, ellos no son necesariamente removidos por
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
detalle mas adelante en la Tabla 7.1- en un sistema
como el que aqui se hadescrito. Si a este diagrama se
Iesuperpone uneje ortogonal. se podra incorporar su-
cesivamente al analisis situaciones aun mas comple-
[as. como son, por ejemplo. la presencia de carbona-
tos, 0de cloruros, etc.
Un yacimiento asi caracterizado - consistente de
un mineral primario recubierto por una zona de enri-
quecirniento secundario y.eventualmente. de sus res-
pectivos minerales oxidados - varia considerablemen-
te en sus caracteristicas mineraloqicas y de calidad
litoloqica. dependiendo de lacantidad original de azu-
fre presente. de la relaclon inicial entre pi rita y
calcopirita. de los diversos constituyentes de la
ganga. de su profundidad y exposicton a efectos
hidrotermales. del grado de fracturamiento y
rneteorlzaclon al que se hayavisto expuesto desde la
superficie, y de otras variables locales. adernas del
tiempo geologico transcurrido. Todo esto da como
resultado innumerables posibles combinaciones de
condiciones diferentes para la genesis, evoluci6n y
transformacion de un yacimiento con respecto de
otros, aparentemente similares 0cercanos.
1.3
Cu2+
(10 -1 mil)
"<,<,
10 -1
P02
(atm6sferas)
10- 40
parte superior de
la napa de agua
10- 83
14
Figura 7.3.- Diagrama potencial versus pH. a 25°C. que muestra los campos de estabilidad de las principales especies
minerales de cobre en el sistema Cu-S-H20.
Eh
[volts]
o
o 7
pH
Hidrometalurgia: fundamentos, procesos yaplicaciones 139
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Esto no es 1 0 mismo que ocurre. por ejemplo, cuando
el mineral ha sido sometido a alqun proceso de transfer-
macion previa, por ejemplo, mediante concentracton por
flotacion. Los concentrados, en ese caso, ya no presen-
tan una influencia tan dominante de la ganga y pueden
asimilarse a "recetes metalurgicas "propias de una deter-
minada mineralogia de la mena prevaleciente en ellos,
aunque siempre es recomendable comprobar las honda-
des de dichas "recetes" en una etapa de pruebas de esca-
lay representatividad compatibles con el proyecto.
Obviamente, no ocurre 1 0 mismo en el tratamiento
directo de los minerales de origen, que tienen una
predominancia de la ganga frente a la mena. En conse-
cuencia, se puede afirmar cateqoricarnente que no exis-
te un yacimiento cuyo comportamiento rnetalurqlco en
la lixtvtaclon. de acuerdo a sus caracteristicas
rnlneraloqicas y de ganga, pueda suponerse, a priori,
igual a otro.
Esta es la principal razon para sostener, como un
axioma de la Hidrometalurgia, que no es valido intentar
extrapolar los peremetros del tratamiento metalLirgico
de lixiviecion, a partir de minerales, desde un yacimien-
to a otro, sino que cada caso debe ser estudiado en for-
ma rigurosamente independiente.
Solo despues de hacer este ejercicio por separado
sera licito empezar a buscar similitudes, las que, normal-
mente, solo se daran en aspectos puntuales y, muy rara-
mente, en una coincidencia general. Esdeclr, en materia
de metalurgia de lixiviacion. a partir de las especies rnl-
nerales originales de un yacimiento, no hay recetas me-
talurqlcas universalmente validas 0extrapolables a to-
das las condiciones. Siempre se debera ajustar los
parametros a las condiciones propias prevalecientes en
cada luqar,
Losyacimientos de cobre porfidico de estetipo pue-
den presentartodas las variaciones de minerales: desde
'140 EstebanM, Domic M,
- .
CA PITU LO SIETE
~--~~-...~
una zona de oxidacion enteramente lixiviada y esteril,
pasando a una zona de minerales oxidados de cobre.
seguida de una carpeta de enriquecimiento secundario
con sulfuros del tipo calcosina/covel ina, para terminar
en un mineral primario de calcopirita.
De estes existen numerosos ejemplos en Chile, sien-
do particularmente importantes porsus enormes dirnen-
siones los casosya mencionados de Chuquicamata yde
LaEscondida, adernas de otros como son EISalvador, EI
Teniente. Collahuasi. Quebrada Blanca y EI Abra, as!
como los de Cerro Verde, Cuajone, Toquepala y
Quellaveco, en Peru.
7.2.- Influencia de las Especies
Mineral6gicas en la Lixiviaci6n
De acuerdo con 1 0 visto en la seccion precedente,
es facll deducirque las diferentes especies mlneraloqlcas
se comportaran tam bien en forma diferente con respec-
to ala lixiviecion, entendida esta como proceso de trata-
miento econornico de dichos minerales.
Para los efectos de este anal lsis, continuaremos
usando como referencia y, a via de ejemplo, el caso
de las especies minerales de cobre, dadas las razo-
nes de su importancia economics para esta region del
mundo, sequn ha sido ya expuesto antes.
En el listado que se presenta en la Tabla 7.1, se
muestran las principales especies minerales de cobre
que revisten importancia econornica, agrupadas sequn
su ublcacion aproximada por zonas en el yacimiento,
incluyendo su cornposicion quimica mas probable y/o
mas frecuente y el contenido de cobre aproximado en
la especie pura. Sequn su frecuencia y relevancia
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CONTEXTO Y PRACT tc A DE LA lIX IV IA CION
Tabla 7.1.- Principales especies minerales de cobre de importancia economica, agrupadas segun
su ubicacion aproximada en el yacimiento, con su composicion quimica mas frecuente.
Zona Mineralizada Especie Mineralogica Composicion Mas Frecuente Para Esta Especie Cobre ( ' Y o )
Zona Cobre nativo Cuo 100
oxidada Malaquita CuC03 * Cu(OH)2 6 CU2C03(OH)2 57.5
secundaria Azurita 2CuC03 * CuCOH)2 6 CU3CC03)2COH)2 55.3
Chalcantita CuS04 * 5H2O 25.5
Brochantita CuS04 * 3CuCOH)2 6 CU4S04(OH)6 56.2
Antlerita CuS04 * 2CuCOH)2 6 CU3S0iOH)4 53.7
Atacamita 3CuO * CuCI2 * 3H2O 6 CU2COH)3CI 59,5
Crisocola CuO * Si02 * H2O 6 CuSi03*H2O 36,2
Dioptasa CuSi02(OH)2 40.3
Neotocita (Cu, - Fej - Mnk)Si03 variable
Cuprita CU20 88.8
Tenorita CuO 79,9
Pitch / Limonita CFej-CUj)02 variable
Delafosita FeCu02 42.0
Copper Wad CuMn02Fe variable
Copper Pitch CuMnsFeSi02 variable
Zona de Calcosina CU2S 79,9
enriquecimiento Digenita Cu9S5 78,1
secundario Djurleita CU1.95_xS variable
(0 superqeno) Covelina CuS 66.5
Cobre nativo Cuo 100
Zona primaria Calcopirita CuFeS2 34,6
(0hip6gena) Bornita CU5FeS4 63,3
Enargita CU3AsS4 48.4
Tenantita CU12As4S13 51.6
Tetrahedrita CU12Sb4S13 45,8
Hidrometalurgia: fundarnentos, procesos yaplicaciones 141
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economica, los mas importantes entre los minerales
oxidados son la rnalaqulta, la crisocola y la atacamita;
entre los minerales sulfurados secundarios, estan la
calcosina y la covelina y, entre los sulfuros primarios,
estan la calcopirita y la bornita.
Desde el punto de vista de la velocidad de disolu-
cion, cualitativamente se aprecian grandes diferencias
entre las especies minerales procedentes de cada zona
del yacimiento. Asi. las especies mas corrientes se pue-
den agrupar en 5 categorias sequn su cinetica relativa:
muy rapida / rapida / moderada /Ienta / muy lenta:
aJ Cinetic« muy rapida:en la categoria de cinetlcamuy repide se encontrara a los sulfatos de cobre,
cloruros ycarbonatos. Todos ellos se disuelven con muy
poca acidezy a temperatura ambiente. Los sulfatos son
solubles en agua sola; los eloruros liberan el metal yel
eloro con facil idad; los carbonatos reaccionan con vio-
lencia, liberando el cobre y CO2 gaseoso.
bJ Cinetiea repid«: en la siguiente categoria, de
cinetica rapida, estan los silicatos de cobre y los oxi-
dos que contienen Cu2+, Fe
3+ y Mn4+. Para disolver-
se requieren de una cierta acidez. mayor que en el
caso anterior. En la naturaleza, estas especies se pre-
sentan en general como patinas y en fracturas, por
10 que muestran una gran superficie expuesta; a su
vez, la crisocola es de estructura fibrosa y porosa, 10
que facilita el acceso de las soluciones; en general,
la disoluclon comprende la ruptura del relativamen-
te debil enlace Cu-O, ya que es sabido que la facili-
dad de dtsoluclon de un silicato esta directamente
determinado por la solubilidad de su oxide principal.
eJ Cinetic« moderada: en la categorfa de cinetica
moderada se encuentran el cobre nativo y los oxides
"reducidos". es decir, que contienen el cobre y el fierro
en los estados cuproso Cu+1 y ferroso Fe2+, respecti-
vamente. Para disolverse requieren de un oxidantey son
142 Esteban M. Domic M.
- .
CA P ITU LO S IET E }-
sensibles a la aqitacion, a latemperatura y a la oxigena-
cion. 8i bien estas especies tambien tienden a ocurrir en
fracturas, presentan el inconveniente de requerir un cam-
bio de valencia - 0sea deben entregar un electron adi-
cional - pasando al estado cuprico y/o ferrico para po-
der disolverse, yes sabido que lat ransferencia de elec-
trones constituye siempre un paso clnetlco adicional y,
por consiguiente, mas bien retardante.
dJ Cineiice lenta: en la siguiente categoria de
cinetica lenta estan los sulfuros simples de cobre. La
lentitud de este grupo se explica ya que aqui se requie-
re oxidar el azufre desde el estado sulfuro 82. a sulfato
86
+, es decir. implica laremocion de 8electrones. A ellose puede agregar la remocion de uno 0mas electrones
adicionales si el cobre esta en su forma cuprosa. En sin-
tesis, para disolverse requieren de un oxidante.
eJ Cinetiea muy lenta: en la categoria de cinetica
muy lenta se encuentran los sulfuros dobles de co-
bre y fierro. y de cobre y arsenico. Por ejemplo, en el
caso de la calcopi rita se requiere oxidar el cup ro so a
cuprico y el sulfuro a sulfato, 10 que totaliza la trans-
ferencia de 17 electrones. En este caso no solo se
requiere de un oxidante. sino que tam bien es frecuen-
te que la drsolucion sea incompleta y se detenga des-
pues de alcanzar un cierto nivel.
La informacion cualitativa de clneticas relativas,
que se acaba de presentar para los principales mine-
rales de cobre, esta tambien resumida en la Tabla 7.2.
En resumen, las velocidades relativas de disolucion
- cinetice de /ixiviaeion - de las distintas especies rnl-nerales de cobre estan direetamente relaeionadas con
el ntimero de eleetrones que se neeesita remover para
hacer soluble a cada una de esas especies.
Tal como se dlscutio en los capitulos en que se re-
visaron los fundamentos de fisieo-quimiea que
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CQNTEXTO Y PRACnCA DE LA lIXIVIACION
Tabla 7.2.- Velocidades de disolucion de las principales especies de cobre, al ser expuestas
a una solution de acido sulfurlcodiluido, ordenadas segun sus cineticas relativas.
Clnetlca Relativa Tiempo deHeferencia Especies MineralesdeCobre en Esta Categoria
Muy Hapida segundos a minutos carbonates (rnalaqulta, azurlta),
(a temperatura ambiente) disoluclon es cornpleta sulfates (chalcantrte, brochantita yantlerlta)
y c lo ruros (et aca rn r ta l
Rapida horas oxides cupricos (tenorita) y
(requiers mayor acidez) disoluci6n es completa stlicatos (crtsccolay dioptase)
Moderada diasa sernanas cobre native. oxides ouprososIcuprlta:
(requieren oxidante) disolucion puede delafositaJ yalqunos silicatosy
no ser complsta oxidos complejos con manqaneso
(neotoclta, copper wad y copper pitch)
l.enta semanas a meses sulfuros simples (calcoslna,
(requieren oxldante) disoluci6n puede sercompleta. digen ita, d)u r l e ita ,cove Iina)
Muy Lenta ar ies .sulfuros complejos (born ita,
(requieren oxidants) disoluclon es lncornpleta ca Ieopi rita, enargita, tetra hed rita)
intervienen en los procesos de 1 1 3Hidrometafurgia, para
que una reacei6n quimicaocurrase requiere de una cier-
ta fuerza, 0 energia, que 1 1 3 provoque, La velocidad de
rsacclon estaradeterminada en gran medida per la
magnitudactivadora de esa fuerza 0 energia,
Si bien 1 1 3 forma mas corriente deaplicar energia
en 1 1 3 generalidad de los procesos quimicos puede es-
tar dada at raves de 1 1 3temperatura. esto noresulta muypractice cuando el objeto dela reaccion es un mineral
en bruto, cuya masa impide considera r econorn icamen-
te esta alternativa. Existen excepcion es notables. como
es el caso de 1 1 3 lixiviaCi6n b a c t e r l a n a en piles de mine-
rales sulfurados de cobre en Quebrada Blanca. donde
se introduce calor desdeel exterior para alcanzar
temperaturas superiores a los 20°C en la masa del mi-
nerai. como se puede verendetalle en el Capitu/o20,
Sin embargo, en 1 1 3 practice industrial, enel caso
de 1 1 3 l lx t v ia c l o n de los minersleeoxidedos de.cobre,
dicha fuerza activadora es proporcionada por la axis-
tencia y por la cantidad disponible de iones de hidro-
geno presentes en la solucion lixiviante. Por ejemplo,
para lacrisocola se tiene:
CuSi03*H20 + 2H+ ----7 Cu2+ + 8i02
+ H20
AGreaccion = AGO + 2 ,303 RTClog Cu2 + -210g H T J
En consecuencia. sabiendo que, par definicion,
£! G 0 tie ne un valor consta nte: y quepara los sis ternas
de lixiviaci6n comerciales 1 1 3 concentration del cobre,
Hidrometalurgia: tundarnentos. procesos y aplicacionss 143
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[Cu2+J, permanece esencialmente constante - 0 con
una variacion minima para estos efectos - la magni-
tud del L1Greaccion estara determinado solamente en
funclon directa de -210g [H+J. es decir, de 2 veces el
pH. En otras palabras, se demuestra que la concen-
tracion del acido disponible sera determinante de la
lixivtacion de los minerales oxidados de cobre.
De manera similar. en el caso de los minerales
sulfurados la fuerza activadora es proporcionada
por la presencia y concentrecion en la solucion de
lixlviacion de "aceptadores de electrones", es de-
cir, de oxigeno disuelto 0 de ion ferrico. como se
aprecia a continuacion con la reacclon de disolucion
de la pi r ita
Fe82 + Fe3+ + 8H20 ---7 Fe2+ + 280i- + 16 H+
log K = [Fe2+] [80/-] 2 [W]16 / [Fe3+]
L1Greaccion = L1Go + 2,303 RT (log [Fe2+] +
+ 210g [80/-] + 1610g[ W] - loql Fe3+])
En este caso, la llxtvlacton esta promovida y po-
tencialmente acelerada tanto por la concentracion
de los iones H+ como por la presencia de unaceptante de electrones. en este caso el ion Fe3+
Por 10 tanto. la cinetica de esta reaccion depende
de dos condiciones fundamentales: el pH y el po-
tencial redox, es decir, el Eh. Esto hace que el cam-
po de estabilidad del ion Cu2+ - y el del ion Fe3+ -
esten ubicados en la esquina superior izquierda de
un diagrama de Eh/pH, graficando de esta manera
con claridad este concepto.
En la Figura 7.4, se presentan las cineticas rela-tivas - obtenidas experimentalmente bajo condicio-
nes de operacion similares - para varias especies
de cobre sulfurado, comparadas con la de la
crlsocola. Las condiciones particulares de opera-
cion se sefialan en cada caso, pero en general se
144 Esteban M. Dornic M.
- .
CAPITULO SIETE
puede indicar que se trata de concentrados fina-
mente molidos - entre 100 y 200 mallas Tyler yen
un caso bajo 350 mallas - y sometidos a una
lixiviacion agitada, con acido sulturtco 1 normal, en
condiciones de temperatura control ada de 23 y
35°C.
Es de particular relevancia destacar, en este
ejemplo, la forma asintotica horizontal que muestra
la curva ctnetlca de dlsolucion de la calcopirtta, la
que en general. aun para tiempos largos, no logra
remontar una extracclon de cobre significativa, a
pesar del pequerio tarnano de partfcula considera-
do en el experimento. Este comportamiento tan re-
fractario de la calcopirita ha constituido una perma-
nente barrera a la apltcaclon de las te cnicas
hidrornetalurqlcas, directamente aplicadas a los
minerales. en aquellos yacimientos que e stan
mayoritariamente constituidos con esta especie
mineral prima ria de cobre que. por 10 dernas. es la
mas abundante en la Naturaleza.
En una situacion real, la presencia de pi r ita, Fe82
puede ser determinante para proveer el acido reque-rido por un sistema de disolucion determinado:
Asi, la reaccion de la pirita generalmente promue-
ve la disoiucion de otras especies. ya que, por un lado,
produce el acido requerido para alcanzar un pH infe-
rior a 1,5- 2,0 y, por otro, proporciona el ion ferroso que,
a traves de la acci6n de bacterias 0 de alqun otro
oxidante directo, se oxida a ion ferrico. subiendo el po-tencial redox CEh)del sistema, promoviendo asi la dlso-
lucien de los demas sulfuros presentes. Porejemplo, la
pirita en combinaci6n con minerales de calcosina - re-
cordando 10indicado en la Figura 5.14,del Capitulo 5-
producira una reacci6n secuencial del tipo:
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
Extracci6n
d e Cob re
[%] CuS /100 x 200 # Ty / 35°C
Cu5FeS2/ -350 # Ty / 35°C
o
o . . ~
5
Tiempo10 [dlas]
Figura 7.4.- Extracciones de cobre experimentales en funci6n del tiempo, para distintas especies mineral6gicas de
concent rados de cobre, en condiciones similares. -
+ 11 2 02 catsl izado por bacterias)+ H2S04
Fe2(S04)3
Fe2(S04)3
7.3.- Importancia de las Especies
de la Ganga en la Lixiviacion
De acuerdo con 1 0 visto hasta aqui. cuando se
lixivian en ambiente de acido sulfurico los rninera-
les de cobre, sean estos oxidados 0 sulfurados. la
velocidad y la cantidad de cobre efectivamente dl-
sueltos no dependen solamente de las condiciones
+ CuS04
+ CuS04
vease la Figura 5.14
en el Capitulo 5.
del sistema comp/eto visto desde fuera, como si
fuese una "caja negra", ni de las condiciones de Eh
y pH de la soluci6n lixiviante. ni tampoco de las de
su soluclon rica efluente. Por otro lado, tam poco la
mineralogia de las especies de cobre de la mena es
la unica determinante para pronosticar los resulta-
dos de la efectiva extraccion del cobre que se de-
sea procesar. La situecion es siempre mas com-
pleja.
Hidrometalurgia: fundamcntos, procesosyaplicaciones 145
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En efecto. existe una variedad de otras reaccio-
nes posibles que pueden ocurrir - y de hecho ocu-
rren en cad a momento - entre las soluciones
lixiviantes y la ganga que hospeda y recubre la
mena. antes de que esta pueda ser alcanzada por
las condiciones lixiviantes impuestas desde el exte-
rior - Eh y pH - y que son modificadas, continua y
progresivamente, en su camino hacia la "mens ob-
jetivo".
Se distinguen asi los "micro-embienies" que
ocurren en el interior de un trozo de roca, con el
paso de la soluci6n a traves de una ganga porosa
para alcanzar un grano mineralizado ocluido, A me-
did a que avanza la soluci6n, esta puede ver
CAPITULO SIETE
totalmente alteradas sus condiciones originales e
incluso inhibirse y/o detenerse totalmente su capa-
cidad quimicamente lixiviadora - expresada en ter-
minos de su Eh y pH - por ejemplo, a causa de un
cambio de pH por hidr61isis u otra reacci6n con
constituyentes del mineral. Tarnbien puede ocurrir
la detenci6n completa de la reacci6n por razones
fisicas. produciendose un bloqueo irreversible de su
avance. como ocurriria al precipitar un producto de
hidr61isis de caracter insoluble - como la jarosita
lKFe3(S04)2COH)6] 0 la goetita lFeOCOH)] - que de-
tenga el avance de la soluci6n.
A su vez. estan tarnbien los "mecro-embientes",
correspondientes a la reacci6n con la ganga en
Tabla 7.3.- Principales especies minerales de silicatos, presentes en la ganga de los
yacimientos de cobre porfidico, incluyendo su composici6n qufmica mas probable.
Especie mineral6gica Composici6n mas corriente para esta especie de silicato
cuarzo Si02
ortoclasa KAISi30S feld.potasico-
cornunrnente conocidos
plagioclasa sodica NaAISi30S albita con el nombre qenerico
plagioclasa calcica CaAI2S120a anortita- de "feldespatos"
biotita KFe3AISi30 1OCOH)2
clorita MgsCAI Fe)CAISi4)O lOCOH)a
sericita KAI2CAISi3OlO)(OH)
montmori lion ita CMg,Ca,Fe)CAI, Mg,Fe) 4CSiADa020(OH) 4*nH2O
vermiculita CMg,Ca}CAI,Mg,Fe}6 CAI,Si}a020 COH)4*8H2O
caolinita AI4Si4OlOCOH)a
pirofilita AI2Si4OlOCOH)2
hornblenda Ca(Mg,Fe}3Si4012
actinolita CaCMg,Fe)3(Si03)4
muscovita K2AI4CSi6AI2020)(OH)
146 Esteban M. Dornic M.
- .
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
areas extensas, que incluyen numerosos trozos de roca,
los que - en los casos en que fueran altamente reactivos
- pueden reaccionar causando la formaci on de
"bolsones cleqos". a donde las soluciones no pueden
acceder. sustrayendose asl del proceso de lixlvtaclon
un volumen que puede lIegar a ser en algunos casos
muy importante. EI fenorneno descrito puede tener un
origen tanto de tipo qufmico (reacciones y productos
de hidrolisis), como de tipo fisico (desplazamiento de
ftnos, efecto "paraquas" de una roca mas grande 0
hidratacion de arcillas plasticas), 0 bien mixto (ffsico y
qufmico a la vez)
Ambas situaciones - la de los fenornenos del
"micro-ambiente"y la de los del "mecro-embiente"
- son reales. pueden ocurrir independientemente 0
en conjunto. son en todos los casos causadas por
laganga. y pueden ser determinantes del exlto 0fra-
caso econornico de un proceso de llxiviacton deter-
minado.
Debe recordarse que. en general. los minerales
de la ganga de los yacimientos porffdicos de cobre
estan en mas de un 95% constituidos por especies
silicatadas. Adernas. la silice. en cualquiera de sus
formas, constituye parte esencial de la corteza te-
rrestre en mas de un 98% de su composlcion soli-
da. Consecuentemente, su comportamiento en so-
luciones acidas sera determinante en los resultados
del proceso de lixiviacion que se intenta emprender.
Las principales especies minerales de silicatos pre-
sentes en la ganga de estos yacimientos se presen-
tan en la Tabla 7.3.
Otras especies minerales que tarnbien a menu-
do forman parte de la ganga en estos yacimientos,
son:
• los carbonatos. como, por ejemplo. la calcita
(CaC03);
• los sulfatos, tipicamente representados por
el yeso (CaSO/2H20) y la anhidrita (CaS04); y
• los oxidos e hidroxidos de Iierro. entre los
cuales destacan: la magnetita (Fe304)' la hematita
(Fe203)' la especularita (Fe203)' la limonita
(FeOCOH)*nH2Q) y la goetita (FeO(OH))
La influencia de la ganga sobre el proceso de
lixiviacion de minerales de cobre puede manifestar-
se principal mente a traves del grado de consumo
de ecido, de la cinetice de disolucion, y del grado
de peneirecion de las particulas. A continuacion se
analizara cada uno de estos tres temas.
Otra importante rnanifestacion anornala de la
ganga - perjudicial a la eficiencia del proceso de di-
soluclon - 1 0 constituye el ocasional fenorneno de
re-atrapamiento de las especies disueltas que, aun-
que ha afectado mas frecuentemente a algunos rni-
nerales de oro - cuando existen especies orqani-
cas en la ganga. las que re-atrapan el oro ya disuel-
to. con un mecanisme similar al del carbon activa-
do - tarnbien se ha observado en algunos minera-
les de cobre. En este otro caso, existen situaciones
en que la ganga esta muy alterada yextremadamen-
te descompuesta, presentando gran cantidad de
arcillas, entre las cuales existen algunas que actuan
con propiedades de intercambiadores lontcos. re-
atrapando el cobre reclen disuelto. No se trata de
un fenorneno generalizado. pero sf es bueno tener-
1 0 presente cuando hay dificultades para cuadrar los
balances metalurqlcos en ciertas situaciones extre-
mas, de minerales muy alterados y/o con leyes de
cobre muy bajas. Este re-atrapamiento por alguna
de las especies de la ganga despues de disuelto el
metal de interes - por sustancias carbonaceas, en
el caso del oro. y por arcillas intercambiadoras
ionicas, en el caso del cobre - es conocido con el
nombre en inqles de "preq-robbinq".
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 147
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CA PITU LO S IETE
log velocidadde disolucion
~PirOfilila
-2
-6
-10
[moles/crn'' x seg.]
-14
-18
2 4 146 10 12
pH
Figura 7.5.- Velocidades de solubllizacion para algunos silicatos comunes, en funcion del pH.
7.3.1.- Influencia de la Ganga en
el Consumo de Acido
Para los minerales de silicato la reaccion de diso-
lucion esta dada por una reaccion de hidrolisis. Por
ejemplo, usando el caso de la ortoclasa se tiene:
KAISi30a + 4 W ---7 K+ + A13+ + H4Si04
Kreaccicin = [K+] [AI3+] [H4Si04]/ [H+]4
Se aprecia que solo esta involucrado el meca-
nismo de htdroltsis, por 10que la disoluclon esta go-
bernada solo por el pH, aumentando la velocidad
de dtsolucion cuando disminuye el pH de la solu-
cion, Asi, en la Figura 75, se observa como la
148 Esteban M. Domic M.
- .
plagioclasa calcica se disuelve al menos 100 veces
mas rapido que la ortoclasa (slllcato de K) Tarnbien.
ahi se ve que para la disolucion de la plagioclasa
calcica la velocidad de disolucion aumenta cerca de
1,000 veces cuando el pH disminuye desde pH 4 a
pH 1 ,
De igual manera, en la Figura 7 .6 se muestran
los valores de consumo de acldo propios de la gan-
ga para tres tipos de roca habituales en yacimien-
tos de cobre.
En general , la experiencia sefiala que la mayoria de
los yacimientos porfidicos presentan una variedad de
tipos de roca y/o alteraciones, cada una caracterizada
por su propio comportamiento peculiar en terrninos de
consumo de acido y cinetica de disolucion versus pl-i.
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
7,5
Consumo
de Acido
[kg / ton]5,0
2,5
Monzonita
Cuarzo - Arenisca
o 1000
Tiempo
[dfas]
Figura 7.6.- Datos experimentales de consumos de acldo propios de la ganga para tres tipos de roca habituales en
yacimientos de cobre.
Sin embargo, es bueno saber como regia general
que:
• las menas de cobre hospedadas en roca
basaltica y diabasa. del tipo que se encuentra en los
yacimientos de la Cordillera de la Costa en Chile,
presentan un consumo de acido mas bien alto;
las menas compuestas de monzonita,
andesita y granito consumen cantidades rnodera-
das de acido:• las menas hospedadas en una matriz de alte-
racion cuarzo-sericitica. consumen pequefias pro-
porciones de acido: y
• las menas ubicadas en arenisca de cuarzo casi
no consumen acido alguno.
7.3.2.- Influencia de la Ganga en
la Cinetica de Disoluci6n
Los sil icatos de laganga pueden clasificarse en cin-
co categorias en terminos de la velocidad y extension
con que reaccionan con el acido. Como se vio recien,
en un extremo esta la ganga de basalto-diabasa que
reacciona muy rapldo. De igual modo, en el otro extre-
mo se tiene la arenisca cuarcifera que es casi inerte .
De acuerdo a esto, a medida que la ganga se torna mas
alterada tam bien aumenta su reactividad al acido y se
puede ir subiendo en el Cuadro de Reactividades Rela-
tivas ala Alteraci6n de la Figura 7.7.
Hidrometalurgia: [undarnentos, procesosyaplicaciones 149
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CAPITULO SIETE
BASALTO - DIABASA
Hornblenda
Plagioclasa CaiclcaPlagioclasa de Ca/Na
Plagioclasa de Na/Ca
Mica Biotltica
ALTERACION
POTAslCA
Feldespato de Potasio u Ortoclasa
ALTERACION DE
CUARZO - SERICITA
MuscovitaiSericita
Cuarzo
Plagioclasa de
Sodio 0Albita
Figura 7.7.- Reaetividad al acido ereeiente en funcion de la mayor alteracion de los silieatos de la roea y energias de
formacion inversamente proporcionales a esa mayor alteracion,
Asi tarnbien, junto con incrementarse su capaci-
dad consumidora de acido y la posibilidad de neutral i-
zar soluciones de lixiviaci6n cada vez mas acid as. tam-
bien aumentan sus energias de forrnacion, 10 que es
concordante con estructuras moleculares mas com-
plejas y alteradas. De esta manera se tienen:
• Ganga altamente reactiva: esta ganga normal-
mente contiene proporciones signifieativas de espe-
cies minerales carbonatadas. incluyendo calcite. do-
lomita y siderita. Estas especies reaceionan con el
150 EstebanM. Domic M.
- .
acido con rapidez, liberando un cation, agua y gas
CO2, De esta forma, un kilo de caleita consume 0,86
kg de acido. Luego un 1% de calcita en la roea (equi-
valente a 10 kg/ton) consurnlra 8,6 kg de acido porto-
nelada de mineral. Dependiendo de la leyde cobre dis-
poruble.Ia presencia de uno a diez por ciento de calci-
ta puede hacer econornicamente no-viable proseguir
con la ltxlvlaclon acida.
• Ganga medianamente reactiva: esta cateqo-
ria signifiea la probable existencia de eantidades
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
significativas de hornblenda, piroxeno y plagioclasa
de calcio (parte superior de la Figura 'lT). Estas espe-
cies se disuelven relativamente rapido comparadas
con otros silicatos, de acuerdo a las reacciones de di-
sociaci6n que siguen:
CaAI2Si208 + 8 W ---7
---7 Ca2+ + 2 A13++ 2 Si02 + 4 H20
Ca{Mg,Fe)3Si4012 + 8 W ---7
---7 Ca2+ + 3 (Mg2+ + Fe2+) + 4 Si02 + 4 H20
Asi. las soluciones van perdiendo el acido conteni-
do y su oxidante (el ion ferrtco). Es decir, aumenta su pH
ydecaesu Eh. Con esto. gradualmentedisminuyesu ca-
pacidad de lixiviar minerales de cobre y la cinetica de di-
soluci6n de estos decae. Dependiendo de laaltura de la
columna de recorrido que debe hacer lasoluci6n, puede
incluso Ilegar a observarse una reprecipitaci6n parcial,
por ejemplo, de cobre native, cuprita 0delafosita. De aqui
se deduce la importancia de conocer estos comporta-
mientos de la ganga de antemano. para reducir los reco-
rridos de la soluci6n lixiviante - disminuir laaltura delle-
cho de mineral, por ejemplo - y evitar que se alcancen
los campos de estabilidad en el diagrama Eh/pH en que
reprecipitan esas especies - areas mas reductoras y
alcal inas - tanto para el cobre como para el fierro.
• Ganga moderadamente reactiva: esta categorfa
est a compuesta principalmente porortoclasas, biotita,
albita y cuarzo, minerales que tambien se disuelven
de acuerdo a reacciones de hidr6l isis:
KAISi308 + 4 W ---7 K++A13++ 3 Si02 + 2 H20
KFe3AISi301O{OH)2 + 10 W ---7
---7 K2+ + 3 Fe2+ + A13+ + 3Si02
+ 6 H20
Estas especies son mas lentas para disolverse que la
hornblenda y la plagioclasa de calcio. asi las soluciones
~_. - - - - alteraci6n potaslca
- -..... - - . -
••- ---•.-
75
Recuperaci6n
deCu
50[ 'Yo]
20
40
Consumo
de Acido
[kg I ton]
recuperaci6n de cobre
consumo de acido
. . . . . . . . .25 • ..••••••••• _-_ •••••• --
- . - ~ . - . - - . - . . . ~~ alteraci6n cuarzo - sericitica
arenisca cuarcifera
30
o._ ~
90
Tiempo de Lixiviaci6n
o 60
o
120 [dias]
Figura 7.8.- Resultados experimentales de recuperaci6n de Cu y consumo de acldo en 3 minerales de crisocola hospeda-
dos en gangas: moderada, leve y no reactiva, respectivamente.
Hidrornetalurgia: fundarnentos, procesos y aplicaciones 151
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van perdiendo su acido y su oxidante Iferricol en forma
mas lenta y elcobre puede disolverse mejor y mas unifor-
memente para una misma altura dellecho de mineral, que
en el caso de las gangas mas reactivas vistas antes.
• Ganga levemente reactiva: las rocas que se han
visto al teradas a cuarzo, a sericita 0a caolin ita estan
compuestas de minerales que estan en equil ibrio 0casi
en equil ibrio con las soluciones de lixiviacion, EIcuarzo
no se disuelve en elias y la sericita y caolinita 10hacen
muy lentamente, por 10que son ideales para mantener
el Eh y el pH de una solucron lixiviante.
• Ganga no reactiva: las areniscas cuarciferas
son casi inertes a las soluciones de lixiviacion y la
cinetica de disolucton del cobre tiende a ser perfecta.
Una comparacion entre los efectos de estas ulti-
mas calidades de reactividad en la ganga se puede
CAPITULO SIETE
observar en la Figura 7.8, que muestra los resultados
experimentales de recuperacion de cobre y consumo
de acldo. determinados en la lixiviacion de tres mine-
rales de crisocola, hospedados en gangas de las cats-
gorfas menos reactivas.
7.3.3.- Influencia de la Ganga
en el Grado de Penetracion en
las Partfcu las
De la misma manera en que hemos analizado la in-
fluencia de la ganga sobre la lixiviacion a nivel
rnacroscopico - por ejemplo, a 10largo de laaltura de una
columna de mineral - tambien existe una importante
lixiviaci6nde una particula de ganga de alteraclon
potasica y cobre en crisocola
Figura 7.9.- Recuperacion de cobre en presencia de ganga consumidora de acido, versus el f ierro (Fe2+) disuelto hasta el
centro, debido a los diferentes pH y Eh de estabilidad del Cu2+ y del Fe2+.
152 Esteban M. Domic M.
- .
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIAClON
influencia de laganga en larecuperacion a nivel rnicrosco-
pico. correspondiente a la penetracion al interior de los
poros de una particula individuaL De esta manera. es ha-
bitual observar un frente de reaccion hacia el interior de
una particula, tal como se muestra en la Figura 7.9.
En efecto, si se tiene, por ejernplo, una ltxlvlacion
que requiere acido solo. 0bien acido y ferrico. puede
ocurrir que la particula se vea completamente ataca-
da en term inos de las especies que contienen Fierro y
este se haya disuelto enteramente, incluso hasta el in-
terior de ella. Sin embargo, en estos casos es frecuen-
te observarque el cobre se ha lixiviado solo hasta cier-
to limite, donde se ve un contorno - "rim" - en forma
de anillo, hasta el cual se limita la reaccion y, mas alia
de el. hacia el interior de la par ticula. el cobre
permanece intacto. Esto ocurre cuando la ganga va
consumiendo el reactive, sea este el H+ solamente, 0
bien H+ y Fe3+
De esta manera, observando el diagrama Eh/pH
del Fierro y el del cobre - y, si es posible. superpo-
niendolos - se observa que, si bien el Fe3+ presenta
un campo limitado de estabilidad, el del Fe2+ es rnu-
cho mas arnpllo, incluso es mayor que el del Cu2+.
Entonces, al penetrar la solucion de reactante, el
reactivo se va consumiendo tanto con las especies
de Fierro como con las de cobre, pero a medida que
progresa la reaccion hacia el interior empieza a su-
bir el pH y a bajar el Eh. Con esto, primero se
desestabiliza el ion Fe3+, pero la reacclon puede
seguir con el H+ Sin embargo, al subir de pH 3 a
Figura 7.10.-Corte transversal de un trozo de mineral lixiviado por mas de 4 aiios, que muestra el contorno de jarosita
C'rlrn" de unos 12 rnm) hasta don de alcanzo y se detuvo la lixiviaci6n acida,
Hiclrometalurgia: fundarnentos. procesos y aplicacionesl53
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pH 4, es el cobre el que cesa de reaccionar, pero el
Fe2+ continua estable y siguen disolvlendose las
especies de Fierro restantes hacia el interior de la
particula. mientras el cobre no avanza mas alia del
contorno - "rim" - ya mencionado.
Evidentemente que el grado de reactividad de
la ganga es determinante para que este fen6meno
ocurra. Asi, se establecen granulometrias maximas,
mas alia de las cuales es imposible efectuar la
lixiviaci6n satisfactoriamente. Estas granulometrias
seran menores cuanto mas reactiva sea la ganga del
mineral considerado, exigiendo realizar un
chancado mas eficiente para lograr buenas recupe-
raciones con consumos de acido razonables.
Como un ejemplo ilustrativo de esta sltuaclon. en la
Figura 7.10, se muestra una fotograFia tomada al interior
de untrozo de roca mineralizada, despues de haber sido
sometida a mas de 4 aries de l ixiviaci6n en pi la, de la que
se puede inferir que el tarnano de particula maximo
- para lograr un cierto grado de eficiencia aceptable en
la lixiviecion. bajo esas condiciones de proceso - no de-
bio haber excedido del orden de 3/4 a 1 pulgada, como
1 0 refleja el espesor del rim lixiviado comparado con la
escala de referencia.
7.4.- Geoqufmica del Fierro
En el estudio de la lixiviaci6n acid a de minerales
de numerosos metales, la geoquimica del Fierro resul-
ta fundamental. Es tarnblen el caso de la lixiviaci6n de
los minerales de cobre. A continuacion se analizara el
por que de esta afirrnacion.
154 EstebanM. Domic M.
- .
" '~AP ITULO SIETE ,I
7.4.1 .- Actuacion del Fierro en
Solucion
La geoquimica del Fierro es tan importante en la
lixlviacion con soluciones acidas porque, por un lado,
es determinante del Eh de la solucion, a traves de la
relaci6n:
Fe2+ ~ Fe3+ + e-
ya que si recordamos que
L10 =L10° + 1,36 log [Fe3+]/[Fe2+]
se obtiene la expresion del potencial en funcion de la
concentraclon de ambos iones:
Eh = 0,76 + 0,059 log [Fe3+]/[Fe2+]
Es decir, con una pequefia variacion de larelaci6n
entre las concentraciones de ion ferrlco y ion ferroso,
se produce una inmediata y Fuerte variaci6n del po-
tencial de la soluci6n que los contiene,
Por otra parte, la presencia del ion Fe3+ es esen-
cial como oxidante para ladisolucion de los sulfuros y
de los 6xidos reducidos (como la cuprita y el cobre nati-
YO, los que tarnbien requieren alqun oxidante). Por ejem-
plo, para la oxldaclon total de la calcopirita se tiene:
CuFeS2 + 16 Fe3+ + 8 H20 ~
~ Cu2+ + 17 Fe2+ + 16 H+ + 2 SO/-
De igual modo, para la covel ina se tiene:
CuS + 8 Fe3+ + 4 H20 ~
~ Cu2+ + 8 Fe2++ 8H+ + SOl-
Las relaciones de Eh/pH para el sistema Fe-H20
ya se vieron con alqun detalle en el Capitulo 5, por
ejemplo, en la Figura 5.8.
Los yacimientos porfidicos de cobre sulfurado con-
tienen entre un 2%y un 6% de fterro. En los yacimientos
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
no muy oxidados, el Fierro esta presente, principalmen-
te en su estado ferroso, en los siguientes minerales:
sulfuros: pirita, calcopirita, bornita;
- oxidos: magnetita (Fe304); y
sil icatos: biotita, hornblenda. actinolita. clorita
y montmorillonita.
Como se vie en la secci6n precedente 74.la disc-
lucien de los silicatos alii mencionados (y tarnbien la
de los sulfuros) libera ion ferroso en la soluci6n. Esto,
a suvez, conduce a una menor relacion ferrico/ferroso
y. con ello, a un menorvalor del Eh, Si la disolucion de
los silicatos de Fierro es suficientemente rapida. el Eh
puede disminuir hasta el campo de predominio de la
calcosina en el diagrama Eh/pH para el sistema Cu-S-
H20 (presentado en la Figura 5.13). Con esto la diso-
luci6n de los sulfuros de cobre se detiene. e incluso
pueden re-precipitarse especies como cobre native.
delafosita 0cuprite.
7.4.2.- Oxidaci6n del Fierro en la
Disoluci6n de MineralesSulfurados
Ahora bien, en la practice. la oxidaci6n de los mi-
nerales sulfurados ocurre a traves de uno de los sl-
guientes tres mecanismos: 1) la aplicaci6n directa de
oxigeno. 2) mediante iones ferrlco, y 3) a traves de la
acci6n de bacterias. Veamos estas tres posibilidades.
1.- La disoluci6n de sulfuros. representados por
la pirita, por laaeei6n direeta del oxiqeno, procede de
acuerdo a la reacci6n global:
FeS2 + 15/4 02 + 7/2 H20 ---7
---7 FeCOH)3 (solido) + 2 H+ + 2 SOl-
Las velocidades para esta reaccion. medidas en
laboratorio, han variado entre 1,1x 10-10 y 5.3 x 10-10
moles por metro cuadrado y por segundo.
2.- La disoluci6n de sulfuros, representados por
la plrita. por la aeei6n de iones ierrico disueltos en
soluci6n. procede de acuerdo a la reacci6n global
balanceada:
FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H20 ---7
---7 15 Fe2+ + 16 H+ + 2 SOi-
Las velocidades para esta reaccion, medidas en
laboratorio, han variado entre 9.6 x 10-9 y hasta 1.8 x
10.8moles por metro cuadrado y por segu ndo. En esta
reacci6n se requiere de la accion del oxfgeno. a conti-
nuacion, para oxidar de vuelta el ion ferroso a ferrico.
Mientras todavfa se discuten cuales serfan los
mecanismos especfficos que operan en la superficie
de un grana de sulfuro que se disuelve. varies experi-
mentos de laboratorio demuestran que el ion ferrico
disuelve los sulfuros entre 100 y 1.000 veces mas ra-
pido que el oxfgeno. Por otra parte. otra limitante para
el empleo del oxfgeno en procesos de este tipo esta
en la baja solubilidad del oxfgeno en las soluciones, 1 0
que se muestra por el valor de su solubilidad: 8,1 mg/
Iitro, en agua a 25°C (equivalente a 5x 1O-4molar)
Adicionalmente. existe una dificul tad practice casi in-
salvable al intentar reponer los niveles de oxfgeno una
vez consumidos en el sene de la soluci6n, ya que, por
ejemplo, en el interior de una plla de mineral esto re-
sulta bastante dificultoso. Sin embargo. en algunos
casos. como en las pilas de Quebrada Blanca (vease
la monograffa del Capitulo 20) se ha utilizado indus-
trial mente con exito la inyecci6n de aire para suplir los
niveles de oxigeno agotado en la parte inferior de las
pi las de minerales sulfurados de cobre,
3.- De ahi resulta muy razonable considerar a las
baeterias - que demostradamente catalizan la oxida-
ci6n de iones ferroso a Ierrico - como las verdaderas
Hidrometalurgia: (undarnentos, procesos yaplicaciones 155
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responsables de dicha disolucion. aun cuando el me-
canismo de las reacciones precisas mediante las cua-
les las bacterias actuan, continua siendo debatido a
nivel academtco, por ejernplo, si es que su actuacion
principal se da en forma directa por intercambio de
electrones sobre el sulfuro, estando adheridas a la
superficie de los minerales, 0 bien, mediante una
accion indirecta por produccion de iones ferrtco. Sin
embargo, en terrninos de mediciones experimentales
de velocidad de oxidacion de iones ferroso, catalizada
por bacterias. se ha determinado valores entre 5 x 10-7
hasta 8,8 x 10-8moles por metro cuadrado y por segun-
do. Esto equivale a una velocidad de oxidaci6n cerca
de 10 veces mayor que la oxidaci6n a ferrico por me-
dios abi6ticos (con estertlizacion para garantizar las
condiciones de no crecimiento bacteriano)
7.4.3.- La Solub i I idad de la larosita
y la Regu lac i6n del Eh y pH
La cantidad de Fierro que puede disolverse y la
relaci6n ferrlco/ferroso que tolera una soluci6n de
lixtviacion estan. en gran rnedida. determinados por la
solubilidad que presenta la jarosita:
KFe3(S04)2(OH)6:
KFe3(S04)2(OH)6 + 6 W ~
~ K+ + 3 Fe3+ + 2 (804)2- + 6 H20
K (solubilidaddel productol = lK+l [Fe3+]3[SO/-J2 I [H+16
Dado que el Eh = 0,76 + 0,059IoglFe3+}![Fe2+]
resulta evidente que la solubilidad de la jarosita sera
funci6n del Eh,del pl-l. de la concentraci6n de [K+l yde
la de lSOi-l La propiedad de solubilidad de lajarosita
bajo condiciones de sulfato total disuelto constante y
156 Esteban M Domic M.
- .
CAPITULO StElE
un permanente suministro de reposici6n de iones
potasio -por ejernplo, por disoluci6n continua de biotita
y ortoclasa - Ileva a las siguientes conclusiones:
- si el ion ferrico se consume en la disoluclon de
biotitas 0 de sulfuros, la jarosita se disuelve y libera
iones ferrlco en la solucion:
- si la actividad del ion ferrico en la solucion
aumenta. precipttara jarosita y se estabilizara la
relacion [F e3+ ]1 [Fe2+];
- si el pH de la soluci6n aumenta, la jarosita se pre-
ctpltara liberando iones hidr6geno (protones) y el pH
tendera a bajar.
En efecto, la informaci6n experimental obtenida
de pruebas de lixiviaci6n de minerales sulfurados.
muestran una tendencia a que el Eh y el pH de las so-
luciones se mueva en torno ala interfase entre los cam-
pos de estabilidad del sulfato ferroso disuelto y el de
la jarosita, en total concordancia con las tres observa-
ciones indicadas mas arriba. Esto se aprecia adecua-
damente en la Figura 7.11, que muestra el diagrama
Eh/pH del sistema Fe-S-H20 y la evoluci6n del com-
portamiento de una solucion de lixtviacion durante el
periodo de disoluci6n de las especies de sulfuros. en
presencia dejarosite y actuando esta como reguladora
del Eh y del pH.
Si el pH de la soluci6n aumenta sobre 2,503,0,0
bien si el azufre total disuelto disminuye bajo un cierto
nivel . entonces la geoquimica del Fierro empieza a que-
dar supeditada y controlada por la precipitaci6n y di-
solucion de varias especies de hidr6xidos de Fe3+:
FeO(OH), tales como goetita y ferrihidrita:
FeO(OH)(s6Iido) + 3 W ~ 3 Fe3+ + 2 H20
Si el mineral que se lixivia esta compuesto por rni-
nerales con ganga no reactiva. pero bene una gran pro-
porcion de pinta. el pH de la soluci6n puede tender a
bajar debajo de 1,5Y 1,0 (cayendo adentro del campo
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
eHS042+ (acuoso)
Fe(S04)+ (acuoso)
~~..,--_- Jarosita KFe3(S04)2(OH)6
1,23
Eh
[volts]
o
o
Hemati ta Fe203o
Goetita FeO(OH)
7 14
Figura 7.11.- Diagrama del sistema Fe-S-H20. que muestra la evolucion de la cornposicion de la solucion de lixiviacion. en
terminos del Eh y del pH. a medida que progresa la lixiviacion de una muestra de minerales sulfurados.
de estabilidad del sulfato ferrico disuelto, Fe3+, y del
sulfato ferrico acido. FeHSO i+), y el contenido total de
fierro en la solucion puede lIegar a ser muy alto.
Sin embargo. la presencia de sulfuros y de mine-
rales silicatados en la ganga es cornun en la mayoria
de los casos, asi que las condiciones de Eh/pH que
prevalecen son aquellas que se indicaron mas arriba,
en equilibria con el campo de estabi lidad de lajarosita,
proporcionando un sistema que se autorregula.
7.5.- Geoqufmica del Acido
Sulfurico
De la misma manera que en la seccion preceden-
te se discutieron los distintos mecanismos regulado-
res del Fierro en solucion - con particular referencia a
la lixiviacion de minerales de tipo sulfurado y oxldos
reducidos, que requieren especiales condiciones
Hidrornctalurgia: fundamentos. proccsos y aplicaciones 157
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tanto de Eh y de pH para una mas eficiente disolucion
- en esta seccion se hara referencia al comportamien-
to del acido en las condiciones de lixiviacion ya men-
cionadas Nuevamente usaremos como ejemplo el
caso del cobre por su mayor utilidad practica.
En efecto, si se considera la adicion de una solu-
cion lixiviante en la parte superior de una pila de mine-
rai, se puede ver que inicialmente esta solucion pre-
senta condiciones de Eh y de pH correspondientes al
campo de estabilidad del ion Cu2+, sequn se aprecia
en el respective diagrama Eh/pH del sistema Cu-S-
H20. por ejemplo, en la Figura 7.3, ya comentada.
Sin embargo. si el mineral que se esta tratando
presenta una ganga react iva 0 moderadamente
reactiva - sequn las definiciones antes discutidas en
este mismo Capitulo Siete - a medida que progresa
la lixiviacion acid a en un frente descendente, el acido
se va consumiendo. Lo mismo ocurrira si la altura del
lecho de mineral es mayor, tal que el acido se consu-
ma antes de Ilegar a la parte inferior de la pila. En es-
tos casas, se tiene un frente de reaccion que impone
una acelerada variacion, en sentido negativo. del va-
lor del Eh y un aumento del pH.
SI la velocidad de reaccion de la solucion can el
mineral y la ganga es mayor que la velocidad de reposi-
cion del acido, entonces se puede lIegar a perder la to-
talidad de los iones fernco y, en breve. a consumir la
totalidad de los iones hidroqeno (protones) disponibles
para la lixiviaclon. Can esto. las condiciones de Eh/pH
de la soluci6n de lixiviaci6n ya dejaran de estar en el
dominio del campo de estabilidad del ion Cu2+, y pasa-
ran al campo de estabilidad de la crisocola. el cobre
nativo 0 la calcosina En este punta la solubilidad del
cobre es menor que 10-6molar, es decir, insignificante.
La rapida neutralizacion del acido en la solucion
de lixiviacion causada por la reactividad de la ganga,
158 Esteban M. DOl11ic M.
- .
C AP IT ULO S IE TE
provoca un verdadero frente de acidez descendente.
En la parte superior de este frente se tiene todavia aci-
dez suficiente como para estar en el campo de establ-
lidad del ion Cu2+. En la parte inferior, el Eh ha cam-
biado desde 0,6-0.5 a 0.1-0 volts. y la solubilidad del
cobre cae bruscamente desde 0 ,1 molar (unos 6 gra-
mas par lltro) a 10-6molar. es decir una caida de unos
5 ordenes de magnitud.
Si el frente de acido se produce mas bien arriba
en el lecho del mineral, la baja solubilidad del cobre
en las soluciones neutralizadas puede conducir a una
precipltacion de todo el cobre disuelto en la parte
superior. Los precipitados mas corrientes en estos ca-
sas incluyen cobre nativo. delafosita y calcosina. Solo si
laneutralizacion se produce en la parte inferior dellecho
de mineral. puede ocurrir que el cobre disuelto no alcan-
ce a reprecipitarse, pero queda en evidencia que sera
muy diffcil realizar la drsoluclon del cobre remanente en
las zonas de mas abajo de la pila de mineral.
Del anal isis presentado hasta aqui. resulta claro
que es indispensable que el acido este distribuido 1 0
mas uniformemente posible a 1 0 largo del camino de
las soluciones de lixiviacion. Ideal mente debe haber
un ambiente de acidez, 1 0 mas uniforme posible. en
todo el camino de las soluciones lixiviadoras Sin em-
bargo. eso obligarfa alternativamente a
- agregar exceso de acido en las soluciones de
entrada. con el riesgo de un mayor consumo global. 0
bien,
- limitar la altura de las pilas dellecho de mineral
que se so mete a lixiviacion, 0bien, par ult imo,
- aceptar menores recuperaciones en el conjunto.
Para solucionar este punto especifico, se ha idea-
do incorporar un pretratamiento con ecido con centra-
do al mineral que se va a colocar en ellecho de minera-
les a lixiviar, Este acido es uniformemente dlstrtbuido
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CONTEXTO Y PRAC T ICA DE LA lIX IV IAC IO N
previo a su ubicaci6n en las pilas, logrando con esto
una dosificacion "a la rnedida" de cada requerimiento,
ya sea por parte de los minerales de la mena 0por par-
te de la ganga,
Adernas , la distribuci6n anticipada del acldo per-
mite que este reaccione sobre todas y cada una de las
particulas del mineral, logrando una acci6n de trans-
formaci6n de las especies minerales de cobre que
estan pr6ximas ala superficie. normalmente en sulfato
de cobre. Con este metoda se logra tarnbien inhibir la
disoluci6n de algunas especies indeseables de la
ganga como el aluminio y la sllice (Si02).
Cuando, una vez armada la pila. se aplican las so-
luciones de lixiviaci6n propiamente tales, estas en-
cuentran toda la trayectoria a traves dellecho de mi-
nerai ya acidulada y. en muchos casos, sin consumir
una mayor cantidad de acido se limitan a disolver el
sulfato de cobre ya producido por el pretratamiento
acido. Este pretratamiento con acido concentrado ha
recibido el nombre de "curedo ecido".
Para la distribuci6n uniforme del acido se pod ria
usar un sistema de regadores dispuestos sobre la co-
rrea transportadora que trae los minerales hacia las
pilas. Sin embargo, esta ventaja de caracter quimico
se ha incorporado en conjunto con otro desarrollo des-
tinado a mejoraria permeabilidad de los lechosde mi-
neraI, mediante una modalidad de aglomeraci6n de las
partlculas finas en torno a las mas gruesas.
Por esta raz6n, finalmente se ha concluido en la
conveniencia generalizada de realizar ambas opera-
ciones en una misma unidad rnezcladora. consistente
en un tambor rotatorio, dentro del cual se adiciona
Figura 7.12.- Fotografia de los glomeros producidos al aglomerar un mineral men or que 3/8 de pulgada, mostrando ellecho
permeable que se produce al obtenerse un diametro aparente uniforme.
Hidrornetalurgia: fundarncntos, procesos y aplicaciones 159
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tanto el agua para la aqlorneraclon. como el acido con-
centrado para el acondicionamiento uniforme del le -
cho de mineral.
En la Figura 7,12se muestra una fotografia que ilus-
tra el efecto de la aqlorneracion, para un mineral de
cobre de tamario menor que 3/8 pulgada, cuyo tarna-
no aparente - a causa de la aqlorneracion - se aseme-
ja a particulas uniformes de cerca de 1/2 pulgada, pro-
porcionando un lecho alta mente poroso y permeable
a la lixiviacion
7.6.- Metodos de l.ixiviacion
Engeneral, los diferentes rnetodos disponibles para
ejecutar laoperacion del proceso delixiviaci6n demine-
rales, tratan de responder a las interrogantes fundarnen-
tales de toda actividad industrial hurnana, en terrninos
de tratar de obtener el maximo beneficio econcmlco con
el minimo de costos y complicaciones posibles,
Se trata entonces de intentar lograr un correcto
balance econornlco entre los recursos aportados -
inversiones iniciaies. gastos operacionales, enerqia.
insurnos. reactivos, acido, agua, mana de obra, etc, -
y los beneficios - valordel producto recuperado - que
se espera obtener del procesamiento de las materias
primas naturales que se desean explotar.
De est a manera, los diversos procesos unitarios
fundamentales en que se puede dividir el desarrollo de
la actividad minera, previa a la operacion de lixiviacion,
son basicarnente de cerecter fisico 0 Iislco-ouimico:
• explotacion minera y transporte del mineral.
• chancado primario, secunda rio y usual mente tam
bien terciario, normal mente siempre en seco.
• molienda hurneda y clasificacion, y
160 EstebanM, Domic M,
- .
CA PITU LO SIETE
• concentracton, de acuerdo a principios de tipo
fisico. como la concentracion gravitacional, 0 fi
srco-qulmico, como la f lotaclon. 0 una cornbma-
cion de arnbas.
En ocasiones excepclonales. tarnbien se realiza
alqun proceso 0tratamiento previo de cerecter quimi-
co, por ejernplo, en el caso de un concentrado refrac-
tario de calcopir ita (CuFeS2)' 0de una pirita aurifera,
o de un concentrado de blenda (ZnS), que requieran
ser sometidos a una tuesta - oxidante, reductora,
clorurante - u otro tratamiento pirornetalurqtco seme-
[ante, previo a su lixiviacion.
La secuencia de proceso mencionada se aplica
muy bien al procesamiento de concentrados, previa-
mente a su llxlvtaclon. Sin embargo, en general, en la
mayor parte de los casos la iixiviacion se aplica sobre
las sustancias naturales, siendo asi el primer proceso
quimico a que es sometido el mi neraL Por 1 0 tanto, se
aplica al procesamiento de materias primas cuya es-
tructura cristalina natural es descrita - tanto para la
mena como para la ganga - por las disciplinas de la
mineralogia y de la petrografia, respect iva mente.
Esta es la razon por la que la influencia de los
fenornenos qeoloqicos de forrnaclon y oxidacion de
yacimientos. asi como la influencia de las
mineralogias tanto de la mena como de la ganga,
sobre el proceso de lixiviecion se han revisado con
cierto detalle en las secciones precedentes -
secciones 7.2, 7.3 Y 7.4, respectivamente - de este
mismo Capitulo Siete.
Ahora bien, siendo la lixiviacion un proceso qui-
mico. para acelerar y optimizar su cinetlca se Ie apli-
can todos los procedimientos de intervencion exter-
nadesarrollados para mejorar el rendimiento cinetico
de tales procesos. Ello se puede lograr, por ejemplo,
mediante la aplicacion de alguno 0de varios de los
siguientes facto res:
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CONTEXTO Y PRA CT ICA DE LA lIX IV IA C IO N
I MINERAL
~ . . .Lixiviaci6n Mineria yin situ Transporte
I. . +Lixiviaci6n en
ChancadoBotaderos
I
. . . ~ . . . . . .Lixiviaci6n en Aglomeraci6n Lixiviaci6n por Molienda
Pilas y Lixiviaci6n TL Percolaci6n Hurneda
+ ~ .
Lixiviaci6n por Concentraci6n
Agitaci6n por Flotaci6n
~ Ir • ~F
Lavado y Lixiviaci6n y Pretratamiento
Separac.S61/Liq Separac. S61/Liq Termico (Tuesta)
. .Lixiviaci6n y
Separac. S61/Liq
~Ir , ~Ir ~ r ~ . ~Ir ~Ir . . .Soluciones Ricas para Recuperaci6n del Metal
Figura 7.13.- Procesos unitarios asociados ala aplicacion de los principales rnetodos de lixiviacion disponibles en la
actualidad para el tratamiento de minerales y concentrados. asumiendo a vi a de ejemplo el caso del cobre.
- usando diferentes reactivosy/o variando su con-
centracion 0proporclon.
- incorporando ag;tadon, cuando ello es posible: e
- introduciendo el efecto de temperatura ypresion.
tarnbien cuando ello es posible.
Obviamente que el factor tiempo. es decir la dura-
cion del 0de los procesos seleccionados, es otro factor
decisivo al momento de la seleccton de un metodo de
lix;v;ac;on u otro, por su influencia determinante sobre
los costos, tanto de inversion como de operacion. y por
el tarnario de los equipos y/o espacios involucrados.
De esta manera, y resumiendo 1 0 dicho hasta aqui,
el rnetodo escogido para realizar la lixiviacion de pen-
dera principalmente de un balance econornlco - inclu-
yendo valores de inversion y de operacion - que debe
tomar en cuenta:
Hidrometalurgia: fundarncntos. procesos y aplicaciones 161
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• el valor eccnomico del metal a recuperar: su ley
de cabeza, el tonelaje disponible, su precio de venta y
las condiciones de calidad del producto impuestas por
el rnercado:
• todo ello influido por el porcentaje de recupera-
cion que se puede esperar con cada rnetodo:
• el costo de la explotacion minera, del rnetodo de
arranque y de transporte del mineral a la planta;
• el costa de los procesos previos de reduccion de
tamafio: chancado. molienda, clasificacion y los even-
tuales pretratamientos de aqlomeracion y/o curado;
• el costa de los procesos de concentracion y
eventual pretratamiento terrnico - flotacion, tuesta u
otro proceso pirometalurgico semejante - que even-
tualmente se necesite realizar, y ,f inalmente;
• la facilidad de disolucion relativa de las espe-
cies deseadas y los costos de reactivo irnpl lci tos, todo
1 0 cual afectara el rendimiento econornico global ra-
zonable de obtener.
Los procesos unitarios asociados a la aplicacion
de los principales rnetodos de llxivlacion disponibles,
asumiendo a via de ejemplo el caso aplicado a los mi-
nerales de cobre, se resumen en la Figura 7.13.
Los principales rnetcdos de lixiviacion usados
en la actualidad se pueden clasificar de la forma
que sigue.
7.6.1.- l.ixiviacion In-Situ
La lixiviecion in-situ (0 "en ellugar") consiste en
la apllcacion de soluciones directamente sobre el
mineral que esta ubicado en el lugar del yacimien-
to, sin someterlo a labores de extraccion minera
162 Esteban M. Domic M.
- .
::~~.
CAPITULO SIETE f
alguna. Existen dos modalidades de lixiviecion in-
situ, sequn la ubicacion del mineral respecto del ni-
vel freatico de las aguas subterraneas. Ambas rno-
dalidades se pueden visualizar esquematicamente
en la Figura 7.14
a) lixiviecion in-situ gravitacional: sobre el ni-
vel freatico las soluciones deben moverse por qra-
vedad, 1 0 que naturalmente requiere de condiciones
locales de alta permeabilidad - 0de una fragmenta-
cion previa - como es el caso de los yacimientos ya
fracturados por una explotacion minera anterior e,
idealmente, con accesos operatives en los niveles
inferiores para recolectar mas facilmente las solu-
ciones acumuladas por graved ad. Por ejemplo,
aquellas minas anteriormente sometidas a explota-
cion subterranea del tipo de hundimiento por blo-
ques ("block caving"). como es el caso de la
lixlviacion del crater de EI Teniente, en Chile y de
San Manuel, en Arizona. 0bien, son sometidos a
proposito. previamente, a una tronadura masiva
para su quebrantamiento en el lugar, como fue el
caso experimental, probado con explosivos conven-
cionales, a inicios de los afios 1970, en Old Rel iableCopper, cerca de Mammoth. Arizona. Tarnbien la
Kennecott estudio el usc de una carga nuclear, en
los mismos afios .70, pero varias incognitas - en
torno a la dlsipacion de la radiactividad y la conta-
rninacion del subsuelo que se puede generar - no
fueron satisfactoriamente resueltas
b) lixlviecion in-situ forzada: sin embargo. la
lixiviacion in-situ tambien se puede aplicar a yaci-
mientos inaccesibles, ubicados debajo del nivel
freatico de las aguas subterraneas del lugar, en cuyo
caso se hace uso de la permeabilidad interna de la
roc a y de las temperaturas y altas presiones que se
generan a varios cientos de metros de profundidad.
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
inyecci6n
COBRE
PLANTADERECUPERACION
Pozos de
Inyecci6n• Pozos de
Succi6n
_____
. -"---==--:=--~
= ~ ~ ~ L __ _Nivel practicede las aguassubterraneas
Sumiderospara bombeo
Nivel Freatico de las
_A~~~~Subterraneas
-:ubos perforados
Cuerpo de MineralProfundo
Figura 7.14.- Sistemas de lixiviaci6n in-situ: a) a la izquierda, dos casos de I ixiviaci6n gravitacional de yacimientos ubicados
sobre 0cerca del nivel freatico, y b) ala derecha, un caso de yacimiento profundo, bajo el nivel freatico, con inyecci6n
forzada de soluciones por pozos de tipo petrolero.
Para su operacion se inyectan soluciones lixiviantes
a traves de pozos inyectores - del tipo usado en la
explotacion del petroleo - y se succiona desde otra
bate ria de pozos cosechadores, qeometricarnente
dispuestos de forma de estimular el paso de las so-
luciones a traves de la roea del yacimiento y asi for-
zar su disolucton. al mismo tiempo que se recuperan
las soluciones desde la superftcie, Resulta evidente
que las infiltraciones y perdldas de soluciones
constituyen parte sustancial de las ineficiencias del
proceso. Esta tecnica se ha usado en la recupera-
cion de diversas sales facllrnente solubles. como en
yacimientos de halita, NaCI, y silvlna, KC!. minera-
les de uranio. y tam bien de fosfato, en los afios se-
senta. Para la recuperaclon de cobre se realize'>una
explotaclon experimental, hacia fines de los
afios '80, en Santa Cruz, Arizona, por parte del U,S.
Bureau of Mines y ASARCO.
Hidrornetalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 163
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7.6.2.- l.ixiviacion en Botade ro s
La lixiviecionen botaderos
(0 "dump leaching")consiste en el tratamiento de minerales de muy bajas
leyes -normalmente debajo de la ley de corte econorni-
ca para la planta principal- conocidos como "esteril mi-
nerallzado". En losyacimientos rnas antlquos- porejem-
plo Miami, Inspiration, Ray Mines, todos ubicados en
Arizona - este material muchas veces se acumulo sin
prestar atencion a su tratamiento posterior. normal men-
te en canones 0quebradas cercanas ala mina. Alcan-
zan alturas de 100 metros 0mas y el sustrato basal no
siempre es el mas adecuado para recoger soluciones,
sin embargo. estas continuan aplicandose en la parte
superior y colectandose en una laguna de intersecclon
en la roca impermeable mas proxima.
En ocasiones. se trata tarnblen de ripios de
lixiviaciones antiques. cuyas leyes pasan a ser inte-
resantes al cabo de un cierto nurnero de afios. Es el
caso de los antiguos botaderos de ripios de
llxfviacton de Chuquicamata, formados a partir de
1915, que desde 1988 han sido lixiviados nuevamen-
te, dando origen a la actual operacion de "Lixiviacion
de Hipios". De igual rnanera, en los yacimientos ac-
tuales, el material mineralizado marginal se carga con
camiones y bulldozer en botaderos - nuevos, 0 so-
bre los antiguos - formando capas de entre 5 y 10
metros. Luego de lixiviar una capa, esta normal men-
te se "ripea" (del inqles "ripper": desqarrar) usando
el escariador de un bulldozer, antes de colocar una
nueva capa encima. Cuando el terreno no es adecua-
do para colectar las soluciones, debe hacerse una
preparacion previa del sustrato colector usando
membranas de material plastico. del tipo polietileno
de alta densidad (HDPE), de baja densidad (LDPE) 0
de cloruro de polivinilo (PVC)
164 Esteban M. Dornic M.
- .
CAPITULO SIETE
Las soluciones se riegan sobre la superficie
usando sistemas de dtstrtbucion con goteros 0
aspersores, sequn las condiciones de evaporacton
del lugar y la abundancia de agua de la que se dis-
pone. La recoleccion es por gravedad en la laguna
o piscina antes mencionada. Estas operaciones se
caracterizan por tener ciclos muy largos (general-
mente superiores a un ario). por proporcionar ba-
jas recuperaciones Centre 40 y 60% en el mejor de
los cases) y por contar con los costos de operacion
mas bajos del mercado. EI sistema de forrnacion y
operacion de la lixiviacion en botaderos se puede
apreciar en los esquemas de la Figura 7.15.
7.6.3.- l.ixiviacion en Pilas
La lixivieclon en pi/as, a diferencia de los
botaderos. en este caso el mineral tiene una ma-
yor ley y, por 10 tanto, economicarnente paga por
un tratamiento mas complejo a traves de una plan-
ta de chancado. al menos de tipo secundario y,
usual mente, terciario, Cuando se usa una
granulometria mas fina - por ejemplo, despues de
un chancado terciario en circuito cerrado con 100%
-3/8 de pulqada. como en Quebrada Blanca, 0
100% -1/4" como es el caso de Lo Aguirre - en-
tonces se hace recomendable aglomerar los fines
para restituir la permeabilidad allecho de mineral
que se va a lixiviar. Adicionalmente al agua, cuan-
do se lixivian minerales de cobre se aprovecha de
agregar acido concentrado, para efectuar el "cu-
rado acido", sequn se descrtbio ya en la seccion
7.6. Con este metcdo se logra tarn bien inhibit la dl-
solucion de algunas especies indeseables como el
aluminio y la silice (Si02).
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA UX IV IAC ION
COBRE
Planta de
Recuperaci6n
Aire deprimido de 02
Roca Base Impermeable
Laguna de Recolecci6n de Soluciones
Figura 7.15.-Sistemas de forrnacion y operacion de botaderos para lixivlaclon: a) a la izquierda. dos form as de operacion de
camiones y bulldozer, y b) a la derecha. corte transversal a traves de una operacion de lixivlaclon en botadero, con el sector
superior en reposo y el inferior activo.
Aun cuando hay operaciones que agregan el agua
y el acido directamente sobre el mineral en una correa.
esta practice no resuelve el problema de lograr una
buena rnezcla y efectivamente aglomerar en forma
hornoqenea las particulas mas finas en torno a las mas
gruesas En efecto, esto se puede lograr en forma muy
eficiente si se establece una roiecion de las particu/as
htunedes en torno a si mismas,lo que permite a las iuer-
zas cohesivas de tension superficial- correspondien-
tes a los estados de cohesion. por puentes llquidos.
denominados "pendular"y "funicular" - mantener a las
particulas unidas entre si, facilitando su transporte y
apilamiento. Una vez formada la pila de lixiviacion. se
observa que ellecho conserva la mayor parte de estas
virtudes de alta permeabilidad, liquida y gaseosa,
correspondientes al producto poroso originalmente for-
mado durante la aglomeraci6n.
En ese punto. se inicia la lixiviaci6n propiamente
tal. mediante riego por aspersion 0goteo. el cual, si
bien aumenta la cantidad de hquido disponible en tor-
no a las particulas individuales, continua rnanteruen-
dolas en su sitio, pero ahora cohesionadas en el esta-
do conocido como "cepiler". Esto es siempre y cuan-
do se trate de un riego de cerecter no-inundado -
"trickle-leaching" - ya que si se exceden los limites de
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos Y aplicaciones 165
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liquido correspondientes a dicho estado capilar, se pro-
duce una suspension solkio/liqukio. Dado que, en ese
momento, ya no hay fuerzas para mantener las particu-
las en su sitlo. los fines se desplazan ocupando espa-
cios entre las particulas mayores y, de existir arcillas.
ambos facto res cumplen un rol sellante, 1 0 que condu-
ce a un "lecho lnundado". Evidentemente que esta si-
tuacion debe evitarse, ya que para una buena opera-
cion es esencial mantener una adecuada permeabili-
dad. Los estados de cohesion que describen la forma-
cion de aglomerados - mediante puentes l iquidos, liga-
dos por fuerzas de tension superficial- sefialados mas
CA PITU LO S IETE
arriba, asi como una representacion esquernatica de un
conjunto de qlorneros formando parte de un lecho po-
roso. antes y durante la lixiviacion propiamente tal, se
muestran graficamente en la Figura 7.16.
Ahora bien, el mejor equipo para lograr estos dos
efectos, de mezcla y de aqlorneracion. es el tambor
aglomerador. Este consiste en un cilindro rnetallco,
revestido interiormente con neopreno 0 goma
antiacida, provisto de levantadores - "lifters" - para
lograr una mas efectiva accion de rodado de la carqa.
e incluyendo en el centro las tuberias perforadas para
(a)
estado pendular
(b)
estado funicular
O o · D00r\Oao..J~O
(d)
suspension solido-Iiquido
(c)
estado capilar
Representacion esquernatica de los aglomerados a) antes b) durante la lixiviacion no-inundada
Figura 7.16,-Diferentes estados de equilibrio en la formacion de aglomerados y representacion de los aglomerados antes y
durante la lixiviaci6n no-inundada : proceso TL
166 Esteban M. Domic M.
- .
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
el suministro del agua - siempre agregada primero,
para humedecer el mineral - y luego, algo mas al
interior del tambor, para el suministro del acido con-
centrado. Una representacion qraftca esquematlca de
la operacion de un tambor aglomerador se muestra
en la Figura 7.17.
En la Figura 7.18 se presenta una fotograffa del
tambor aglomerador usado desde 1980 en la plan-
ta de La Cascada, de Minera Pudahuel y. en la Figu-
ra 7.19. se aprecia una vista de los tambores
aglomeradores recientemente instalados en EI Te-
soro (2000. mostrando la evoluclon del diseiio de
estas instalaciones en 20 afios.
Una variante frecuente consiste en reemplazar
el agua. y parte del acido. usando soluciones pobres
del proceso: refine de la planta de extracclon por sol-
ventes y/o la sangria de electrolito de la
electrodepositacion. En estos casos debe cuidarse
de evitar que restos de orqanlco - atrapado por arras-
tre en el SX - ingresen al tambor, pues suele degra-
darse con el acido concentrado y termina por conta-
minar todo el circuito de SX. Para evitar este efecto
indeseable, previamente a su ingreso al tambor, las
soluciones pobres deben pasarse por una columna
de carbon activado.
Esta secuencia combinada de operacion - en que
la llxlvlaclon en pi l as. usando riego no-rnundado, se
realiza sobre un mineral finamente chancado. aglome-
rado con agua y "curado" con acido concentrado - se
conoce como Proceso de Lixiviecion TL y su uso se
ha generalizado para el tratamiento de minerales de
sentido de giro
del tambor
Acid~
A ¢ D
inclinaci6n
Figura 7.17.- Hepresentacion esquernatica de la operaclon de un tambor aglomerador, mostrando la disposicion de las
tuberias de agua y acido, dirigidas para humedecer primero el mineral, a medida que este avanza y rueda de acuerdo al
sent ido de giro del tambor.
Hidrornetalurgia: fundarnentos. procesos y aplicaciones 167
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cobre sean oxidados 0sulfurados. La primera opera-
cion comercial usando este proceso fue laminade Lo
Aguirre, de Minera Pudahuel, que opero desde 1980
y hasta el ana 2000.
Para el tratamiento de los minerales de oro tam-
bien se usan pilas de lixiviacion. con similares rneto-
dos de aqlomeracion. carquio. imperrneabilizacion del
sustrato receptor y regadio. Enestos casos tarnbien
se realiza un acondicionamiento y aqlorneraclon pre-
via, utillzando eso sf. agua con cal y frecuentemente
cemento. Oeesta rnanera,se acondiciona ellecho en
pHalcalinc y se proporciona una excelente perrneabi-
lidad, incluso para el tratamiento en pilas de
granulometrias muy ftnas como son los relaves de flo-
tacion. Despues de fraguar la cal y el cemento, seter-
mina de proporcionar una excelente rigidez a los
CAPITULO SIETE
aglomerados - ya que los puentes liquidos son even-
tualmente reemplazados por puentes solldos forma-
dos con el cementa - que permite incluso el transite
sobre ellos con equipos livianos. EIresto de los siste-
mas, tanto de riego como de recolecclon de solucio-
nes, son similares al caso de la lixiviacion con acido.
Las pilas se cargan habitualmente entre 3 y 8 me-
tros, sobre un sustrato impermeable, normalmente
protegido con una membrana de plastlco de tipo
polietileno de alta densidad (HOPE), de baja densidad
(LOPE), de muy baja densidad (VLOPE) 0de cloruro
de polivinilo (PVC), que puede tener desde 0,1 a 1,5
mmde espesor sequn las exigencias de cada apllca-
cion. Para ayudar a la recoleccion de las soluciones
se usan cafierlas de drenaje perforadas y canaletas
abiertas, Las soluciones se distribuyen por medio de
Figura 7,18.- Tambor aglomerador usado en la planta de lixiviacion de La Cascada, en operacion desde 1980 hasta 2000,
168 EstebanM, Domic M.
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CONTEXTO Y PRA CT lCA DE LA lIX IV IA C IO N
Figura 7.19.- Tambores aglomeradores de EI Tesoro. instalados en 2001. incorporando sistema de captacion de gases y
controles variables de velocidad e inclinacion.
goteros, incluso enterrados en los casos de condicio-
nes climaticas extremas como las de Quebrada BIan-
ca - 4400 m de elevaci6n y temperaturas muy bajas -
o bien mediante aspersores (tipo "wobblers" 0
"sprinklers") dependiendo de la evaporaci6n y de la
disponibilidad de agua de cada operacion. En la Figu-
ra 7.20 se muestra una fotograffa de las pilas de Lo
Aguirre en operacion de riego con aspersores de gran
cobertura, de tipo "sprinkler".
Las pi l as pueden ser dinemices - tarnbien de-
nominadas como de tipo "on-off" - en las que el mi-
nerai se remueve, se envfa a botadero despues de
la lixlviacton y la base de la pila se puede reutilizar,
o bien pueden ser permanentes, en que las nuevas
pi las se cargan sobre las anteriores, aprovechando
o no la trnpermeabil izacion existente.
La conflquracion de una pila permanente puede
tener cualquier geometrfa sequn las disponibilidades
de espacio de cad a lugar. Sin embargo, cuando no hay
restricciones topoqraftcas, normal mente se usa una
conftquractcn rectangular, en que una nueva capa so-
lamente se podra colocar cuando haya concluido la
lixiviaci6n de la capa inferior que se debe cubrir. Enfor-
ma similar, para las pilas de tipo dinamico se puede ele-
gir cualquier confiquracron aceptable para laoperaclon
de los equipos de carga y descarga, pero generalmen-
te se prefiere un rectanqulo alargado. En el caso parti-
cular de las operaciones mayores, que presentan
Hidrometalurgia: fundarnentos. procesos y aplicaciones 169
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ciertas rigideces con los equipos de transferencia de
minerales, se ha preferido una confiquraclon rectangu-
lar doble (dos rectanqulos paralalelos y adyacentes)
con semicirculos en los extremos, que es donde se deja
la pista de giro de los equipos de carguio y de descar-
ga, como se puede apreciar con detalle en la rnonoqra-
fia de EIAbra que se presenta en el Capitulo 21.
Para el cargufo se utiliza una variedad de siste-
mas sequn el tarnafio de las instalaciones de cada
faena. Asi. para faenas mas pequerias. desde unas
300 a 2.000 ton/dia (Des Amigos y Punta del Co-
bre) y hasta 5 y 10.000 ton/dia (Quebrada M -
Damiana, en Salvador y Lince, en Michilla) se usan
sistemas de camiones y apiladores de correa
autopropulsados, evitando el uso de cargadores
frontales. ya que destruyen los aglomerados. Este
C AP IT UL O S IE TE
sistema de carguio se puede aplicar tanto al esque-
ma de pilas dinarnicas como al de pilas perrnanen-
tes. En la Figura 7.21 se incluye una vista de la ope-
raclon del apilador autopropulsado de Quebrada M
y en la Figura 7.22, se aprecia un esquema de la
operacion de carguio de una pila tipo TL de peque-
ria envergadura, tfpicamente la de Quebrada M 0 la
de Lince, utilizando este tipo de apiladores
autopropulsados.
En faenas mayores, desde 10.000 Y hasta
50.000 ton/dfa (Mantoverde, Cerro Colorado y Que-
brada Blanca) se usan correas modulares articula-
das - tarnblen conocidas como "grasshoppers" (sal-
tarnontes) - que terminan en un apilador decorrea.
o "stacker". En este caso la operaclon puede ser con
pilas dlnarnlcas 0 permanentes, sin restrlccion. En
Figura 7.20.- Vista de las pilas de llxlviacion de Lo Aguirre en operaclon de riego.
170 Esteban M. Domic M.
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C ONTEXTO Y PRA CT ICA DE I.A lIX IV IAC IO N
la Figura 7.23, se observa un esquema de la opera-
cion de este sistema de carguio de pi las y, en la Fi-
gura 7.24, se muestra una foto de acercamiento que
detail a la conexion articulada entre algunos modu-
los de correas, en la operaclon de las pilas de Ce-
rro Colorado.
Sin embargo, para faenas aun mayores, desde
75.000 a 150.000 ton/dia, como las de EI Abra y
Radomiro Tomic, se prefieren complejos sistemas
api/adores sobre orugas, alimentados con correas
transportadoras estacionarias y moviles. Cuando se
requiere remover el material ya lixiviado desde las
pi las, por ser un sistema de pilas dlnarnicas.
normalmente se utilizan recolectores tipo pala de rue-
da con capachos, conocidas como "rotopele" 0
"bucketwheel".
En estos casos mayo res, se ha preferido en gene-
ral el sistema de canchas de lixiviacion dinamicas por
el excesivotonelaje de mineral, que obligaria a un com-
plicado movimiento permanente de avance de las co-
rreas alimentadoras, si se quisiera operar en pi las per-
manentes con avance continuo. Sin embargo, en
Zaldivar y en el proyecto de Hiptos Aglomerados de
Chuqul. estos equipos han operado con una pila de
tipo permanente y por consiguiente, no han requeri-
do instalar el sistema recolector de la rotopala.
Para la lixivlaclon en pilas, el tiempo de tratamiento
es, en general, de varios meses, de acuerdo con el tipo
de mineral tratado, sus leyes y la granulometria que se
util ice. En la Figura 7.25, se muestra una foto del sistema
apilador usado en EIAbra y,en la Figura 726, se aprecia
larotopala de la planta de loovlaclon de EITesoro
Figura 7.21,- Esquema de la operacion de un apilador autopropulsado tipico, usado en combinaclon
con camiones de pequefio tonelaje.
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicacioncs 171
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C A PIT UL O S IE lE
Baja Densidad -LDPE
Apilador Movil Autopropulsado
Figura 7.22. Esquema de la forrnacion de una pila tipo TL con carnion y apilador; notese la instalacion sirnultanea de la
membrana de LDPE debajo de la pila sin ser afectada por la operacion del carguio.
Figura 7.23.- Esquema de la formaci on de pi las de l ixiviacion mediante correas articuladas (del tipo conocido como
"grasshoppers") usadas en Mantoverde, Cerro Colorado y Quebrada Blanca, entre otros.
172 Esteban M. Dornic M.
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CONTEXTO Y PRA CT ICA DE tA lIX IV IA C IO N
. ,
Figura 7.24.- Foto de acercamiento que muestra la interconexion entre varios modules de correas articuladas, en la
operacion de las pilas de Cerro Colorado.
Figura 7.25.- Sistema apilador sobre orugas usado en la operaclon de las pilas dinamicas de EI Abra.
Hidrometalurgia: fundarnentos. procesos y nplicaciones '173
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En los capitulos incluidos al terrnino del presen-
te texto, se presentan algunas monografias de las
operaciones de lixiviaci6n en piles de minerales de
cobre mas tipicas y representativas: Lo Aguirre (quefue la primera operaci6n en el mundo con este sis-
tema), Quebrada Blanca (con lixiviaci6n bacteriana
en condiciones extremas de altura y temperatures)
y EIAbra (la mayor operaci6n de este tipo en el mu n-
do, con un movimiento de mineral de hasta 120.000
ton/dta), adernas de una descripci6n detallada de
otros aspectos conceptuales y operativos del siste-
maTL.
CA PITU LO SIETE
7.6.4.- l.ixiviacion en Bateas
Inundadas
La lixivleclon en bateas inundadas, conocido tam-
bien como "vat leaching" 0 sistema de "tixiviecion
por percolecion", consiste en una estructura con
forma de paralelepipedo, de hormig6n, protegido in-
teriormente con asfalto antiacido 0 resina ep6xica,
provisto de un fonda falso de madera y una tela
filtrante. que se lIena hasta arriba con mineral, nor-
mal mente bajo 3/4" a 1/2" Y que se inunda con las
Figura 7.26.- Sistema recolector del material ya lixiviado, mediante rueda de capachos 0rotopala", usado en la planta
de EITesoro.
174 Esteban M. Dornic M.
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA lIXIVIACION
soluciones de lixlviacion. Aprovechando el fonda
filtrante. las soluciones se recirculan. en sentido
ascendente 0 descendente, para luego traspasar-
las ala siguiente batea. De esta manera, las sucesi-
vas recirculaciones permiten subir el contenido de
cobre en las soluciones ricas. tanto como para en-
viarlas a recuperacion electrolitica directa (caso de
los primeros afios de operacion de Chuquicarnata).
Dado que las bateas son un sistema de opera-
cion muy dlnamtca, son apropiadas solamente para
lixiviar minerales que presentan una cinetica de di-
soluci6n muy rapida. EI cicio de lixiviacion es nor-
malmente muy corto y del orden de 6 a 12 dias. Un
costado de la batea sirve tarnbien a la batea conti-
gua y asi se cuenta con una serie de 10 a 12 bateas
en linea. 1 0 que permite usar un solo puente movil
para ejecutar la operaci6n de carguio mediante co-
rreas transportadoras y un carro repartidor. De
manera semejante. la descarga se ejecuta con una
qrua-alrneja que entrega, a traves de una to Iva a los
camiones 0 a un sistema correas, para la evacua-
cion de los ripios finales.
Este sistema ha sido usado para tratar minera-
les oxidados de cobre desde 1915 en Chuquicamata
(con bateas de 45x34x6,5m) y, posteriormente, des-
de 1972 en La Cascada (con bateas de 25x25x7m),
y desde 1961 en Mantos Blancos (con bateas de
20x20x7,3m). En la Figura 7.27 se aprecia una vista
panorarnica de las bateas de Mantos Blancos y. en
la Figura 7.28. hay una aproxirnacion del sistema de
descarga de bateas mediante pala mecantca del t ipo
"alrneja".
Desde el desarrollo del "curado acido", este se ha
incorporado como etapa previa tarnbien a las bateas
- tanto en Chuqui como en Mantos Blancos - por su
aporte acelerador de la cinetlca y mejora de la per-
meabilidad, particularmente con minerales mas refrac-
tarios, arcillosos y/ o de menores leyes.
Las bateas se han usado tamblen. desde inicios
del Siglo XX, en el procesamiento del caliche
salitrero - con el nombre de "cechuchos" - particu-
larmente en las Oficinas de Pedro de Valdivia y
Maria Elena, aun cuando en la actualidad se prefie-
re usar pilas de lixiviacion para los nuevos proyec-
tos, por su mayor flexibilidad y menores costos
operativos. En la Figura 7.29 se incluye un corte es-
quernatico de una batea.
7.6.5.- Lixiviacion por Agitacion
Para la aplicacion de la lixivieckm por agitacion
se requiere que el mineral este finamente rnolido, por
esto se aplica solamente a minerales frescos de leyes
mas bien altas, que por su mayor valor contenido jus-
tiftcan una molienda hurneda. a cambio de una mayor
recuperaci6n y de un menortiempo de proceso. 0bien
a concentrados 0a calcinas de tostacion. que por sus
menores volurnenes permitenjustificarel gastode una
aqltacton, que en algunos casos puede ser prolonga-
da. Asi se aumenta el area expuesta a la lixiviacion y la
aqitacion permite disminuir el espesor de la capa limi-
te de ditusion. al mismo tiempo que se maximiza el area
de la interfase gas-liquido.
La aqitacion puede realizarse por medios rneca-
nicos 0 bien con aire - usando el sistema de "air-lift" -
en reactores conocidos con el nombre de "pechuces".
Por ejemplo, en Nchanga, Zambia, se lixivian
Hidrometalurgia: fundamcntos. procesos y aplicaciones 175
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CAPITULO SIETE
Figura 7.27.- Vista panoramica de las bateas de lixiviaci6n de Mantos Blancos, con su sistema de correas y puentes para
carga y para descarga.
I
Figura 7.28.- Vista del sistema de descarga de bate as con pala mecanica del tipo almeja.
176 EstebanM. Domic M.
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
eficientemente por aqitacton enpachucas losantiguos
relavesde flotacion, mezclados con relaves frescos, a
razonde50,000 toni dia,dado que todavia tienen bue-
na ley y ya se encuentran rnolidos, recuperando
cobre y cobalto Lo mismo ocurre para el oro, en la
mina Ellndio, donde tarnbien se usan pachucas para
lixiviar con cianuro el oro remanente en los relaves de
la flotacion principal de cobre-oro.
La agitacion mecenice tambien es usada para la
lixiviacion de menas auriferas de alta ley, Este es el
caso de La Coipa, en que se utiliza para la
recuperacion de plata y oro, por cianuracion, en 8
reactores, con un tiempo de retencion total de unas
24 horas. Lo mismo ocurria, hasta fines de los afios
'80,en Minera Michilla, en laplanta de Enami,enTaltal
y en la planta Ojancos, de Copiapo, en que, para la
recuperacion de minerales de cobre oxidado de alta
ley,y la posterior flotaclon de los sulfuros, estes eran
molidos y se procesaban primero por llxiviacion. Esto
seefectuaba empleando aqltacion rnecanica, con una
retencion global en los agitadores entre 16y 24horas,
con soluciones acidas en caliente, aprovechando el
calor de disolucion y de reaccion del acido sulfurico
fresco. Asimismo, en Port Pirie,Australia, se procesa
una mata de plomo y cobre (40%Cul 40%Pbl 15%8)
molida bajo 325 mallas, usando lixiviacion oxidante y
aqitaclon rnecanlca a 85°C, en medio sulfurico-cloru-
ro (20 -25 9piCIY pH 1-2)para separar posteriormen-
te el cobre por extraccion por solventes y electrolists.
Una particularidad del sistema de lixivlaclon por
aqitacton reside en que es muy adecuado para la
aplicacion de los diversos factores aceleradores de la
25 a 45 m de largo I ancho
Horrniqon
Figura 7.29. Esquema del corte a traves de una batea de lixiviacion de minerales similar a las usadas hasta hoy en
Chuquicamata, Mantos Blancos y en la antigua Industria del Salitre.
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 177
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cinetica mas conocidos, como son:
- una agitacion intensa;
- temperaturas que pueden superar la de ebulli-
cion y alcanzar hasta 250°C, trabajando a presiones
superiores a la atrnosferica:
- presion de gases controlada, incluso sobre la
atrnosferica. desde condiciones de vacio. de unos
pocos kilopascascales hasta mas de 5000 kPa;
- uso de reactivos exoticos y oxidantes altamen-
te agresivos; y, junto con ellos,
-Ia posibilidad del empleo de materiales de cons-
truccion de alta resistencia, como son reactores de
aceros especiales, recubiertos de titanio/ niobio 0bien
revestidos en ceramicas especiales.
Normalmente, a continuacion de la lixlvtacion por
aqitaclon se aplica un lavado en contracorriente para
desimpregnar de soluciones los solidos de las colas.
Sin embargo, hay casos en que se prefiere lavar las
colas en filtros al vaclo, para recuperary ahorrar agua
y evitar la excesiva dilucion de las soluciones ricas.
Por ejemplo, en Olympic Dam, Australia, se
procesan por aqitaclon concentrados y relaves de
cobre y uranio. a 60°C, en 12 horas. utilizando clorato
de sodio como oxidante. Los concentrados se lavan
en filtros a presion y los relaves en un circuito de lava-
do en contracorriente. Posteriormente, mediante ex-
traccion por solventes. se recu pera desde las solucio-
nes ricas, selectivamente, primero el uranio y luego el
cobre.
Cuando se exceden las condiciones de tempe-
ratura y/o presion ambientales. el reactor se cono-
ce con el nombre de "autoclave ",Son reactores
caros, en su inversion y en su operacion. pero se
justifican cuando se logra disminuir los tiempos de
tratamiento en forma considerable y asi se obtiene
mayor eficiencia. Normalmente, los autoclaves es-
tan conformados por varios compartimentos, cada
178 Esteban M. Dornic M.
- .
CAPITULO SIETE j
uno provisto de un agitador; la pulpa se inyecta a
presion. junto con vapor para proporcionar la tem-
peratura. hasta que las propias reacciones
exoterrnicas generan la suficiente energia para man-
tener el calor del sistema, siendo 10 mas frecuente
tener que enfriar a traves de serpentines ad-hoc.
Lo normal es que en am bientes acid os los reacto-
res de aqitacion - sean 0no a presion - se protejan in-
teriormente con alqun tipo de recubrimlento. siendo
muy frecuentes las ceramicas y ladrillos antlacldos,
particularmente al emplear cloro en las soluciones. En
los reactores de aqitacion usados para la hxlviacion
de oxides de cobre de alta ley, el material de construe-
cion preferido era la madera. En lixiviaciones alcalinas,
los aceros corrientes suelen ser suficientes.
Los autoclaves son usados frecuentemente
para el tratamiento de los concentrados mas refrac-
tarios - como los de piritas auriferas y los de
calcopirita - que pueden requerir temperaturas su-
periores a las del ambiente y presiones de oxfgeno
tarnbien superiores a 1 atmosfera, manteniendo
solamente el requisito de desarrollarse en un me-
dio acuoso.
Asimismo. la hxiviacton bacteriana de concentra-
dos - tanto de piritas aurfferas (sistema BIOX) como
de sulfuros de cobre (sistema BacTech, y BioCop) -
se real iza en bio-reactores rnecanicos con temperatu-
ra. nutrientes y condiciones de operacion controladas.
De igual manera, el proceso de llxlvlaclon amoniacal
- de calcosina a covelina - de Escondida. en la planta
de Coloso. se realizaba en un reactor agitado de tipo
mecanico, con temperatura levemente por debajo de
la de ebullicion y leve sobrepresi6n de oxigeno.
Todos estos procesos. en general, se caracterizan
por tener altas recuperaciones. en tiempos relative-
mente breves (>75% y hasta 90%. en menos de 24
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
horas) y por ser intensivos en el uso de capital y con
altos costos de operacion.
Enla Figura 730. se proporcionan los esquemas
deoperacion del sistema "air-lift". en un reactor de tipo
"pachuca", y el corte a traves de unautoclave tipico.
7.6.6.- Selecci6n de un Metodo
de Lixiviaci6n
Resumiendo.los distintos rnetodos de lixiviacion
que se han revisado hasta aqui presentan condicio-
nes operacionales y de inversion que hacen que su
aplicacion sea muy diversa. adaptandose asi a dife-
rentes condiciones y/o exigencias externas de gran
variabilidad. Cada caso. con sus condiciones parti-
culares. requiere de un analisis tecnico-economico
propio para la seleccion del metoda que rnejor se Ie
acomode.
En laTabla 7.4. se presenta una comparaclon re-
sumida de los parametres de operaclon aplicados a
algunos de estos rnetodos asumiendo el caso espe-
cifico de los minerales de cobre. Sin embargo. unco-
mentario respecto de los principales parametres de
proceso que determinan esas caracteristicas
operacionales seria como sigue:
iJ Tamaiio de Particula: en este caso se tiene un
amplio range de variacion, dependiendo del metodo
de llxivlacion que se aplique
• botaderos: tal como salede lamina "run-of-mine"
=ROM. con un tamaiio maximo del orden de 40";
Inyecci6n de Aire
~Alimentaci6n
Circulaci6n
sistema de
"Air Lift"
OxigenoDescarga
..
. ..
Figura 7.30.- Equipos usados en lixivlacion por aqitacion: a) a la izquierda, se muestra el funcionamiento de un reactor
agitado con "air-lift". y b) ala derecha. se muestra una vista interior de un autoclave de compartimentos multiples.
Descarga
Hidrometalurgia: fundarnentos, procesos yaplicaciones 179
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• pi las: chancado, desde secundario a 100%
-2", hasta terciario a 100% -1/4", sequn la porosi-
dad de la roca:
• bateas: chancado. normalmente terciario, en-
tre -3/4" y -1/4";
• aqltaclon: molienda humeda, desde -65# a
-200#, similar al producto de una Ilotaclon.
iiJAglomeracion y Curado: esta etapa ha pasa-
do a ser un nuevo estandar en la aplicacion de pro-
yectos de lixiviacion en pilas. y tambien 10 es en las
aplicaciones de botaderos y las existentes de bateas.
Lo que normalmente se varia son las dosificaciones
de agua y de acido, dependiendo del tipo de minera-
les que se traten. Asi. en el caso de minerales de co-
bre oxidados, cerca del 70 a 90% del acido consumi-
do en la planta se agrega durante el curado. En el
caso de los minerales sulfurados, las cantidades de
acldo son rnenores. no superando los 5 a 10 kg/ton,
que constituye casi el 100% del consumo global del
proceso. En las lixiviaciones de botaderos, el curado
se realiza en realidad mas bien como un
preacondicionamiento, empapando el mineral al ini-
cio con soluciones concentradas en acido de unos
100-200 gil y dejandolo reposar a continuacion. Para
minerales sulfurados y mixtos, se ha visto la conve-
niencia de incluir en el curado entre 5 y 15 gil de ion
ferrico.
iii} Altura del Lecho deMineral: esta determinada
por la permeabilidad (liquida, en el caso de los oxida-
dos, y tarnbien qaseosa. en el caso de los sulfuros,
debido a la necesidad de la presencia de oxiqeno) del
mineral. la ley de cabeza, el residual de acido en las
soluciones que alcanzan las capas inferiores de lapila
y la cinetlca global de extraccion. La presencia de ar-
cillas. exceso de fines, y la forrnacion de precipitados
180 Esteban M, Dornic M,
- .
C AP IT ULO S IETE
(por hidrollsis. por ejernplo) pueden disminuir la per-
meabilldad. resultando en canalizaciones de flujo pre-
ferencial y eventual acurnulacion de soluciones en la
superficie, restringiendo el acceso uniforme de aire y
de acido. Las reacciones consumidoras de oxigeno
(lixiviacion de sulfuros) se ven afectadas inmediata-
mente por estas anomalias en la permeabllldad. En
general, latendencia esa no superar los 8 metros por
cada nueva capa, incluso en las lixiviaciones de bota-
dero, donde se ha comprobado el beneficio que pre-
sentan las capas mas delqadas,
lv) Flujo Especifico de Soluciones: las tasas de
riego varian entre 5 y 30 I/h/m 2, dependiendo del
tipo de lixiviaclon, tarnano de particula y altura de
la pi la. Generalmente se optimiza la cornbinaclon
flujo especifico-altura de pila. de forma de no diluir
demasiado las soluciones ricas que van a recupe-
racio n. Esto puede tarnbien mejorarse
sustancialmente usando dos 0varias pasadas de las
soluciones a traves del mineral, en contracorriente,
para 10 cual deben ser recolectadas por separado
en forma de soluciones intermedtas. Un caso espe-
cial 10 constituye la lixiviaclon en bateas, donde el
flujo es ascendente 0 descendente y muy superior
al range indicado hasta 300 l/h/rn''.
v) Cicio de Lixiviecion: aqui tam bien se presen-
tan numerosas situaciones, ya que para minerales
oxidados en pilas se usan entre 30 y 60 dias, pero si
es en botadero 1 0 habitual es que se extiendan por
un afio 0mas, Encambro. para minerales sulfurados
depende mas aun de la granulometria y de la
mineralogia: para lixiviacion en pilas. con material
secundario chancado, se requieren entre 6 y 9 me-
ses, en cambio, en un botadero (run-of-mine 0
chancado prima rio), pueden necesitarse varios
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
Tabla 7.4.- Cornparacion simplificada de los distintos metodos de lixiviacion discutidos en su
aplicacion al caso de los minerales de cobre.
Rangos de Apltcaclon Metodos Alternativos de l.ixlviacion
y Resultados En Botaderos En Pilas TL Por Percolacion Por Agitacion
Ley de los Minerales muy bajas leyes leyes bajas amedias leyes medias a altas leyes mas bien altas
Tonelaje Tratado ton/dia solo grandes tonelajes amplio: grande a pequefio estalimitado,por instalacio- l imitado por
nesexistentes,noesflexible molienda
Inversiones de Capital menores medianas media a alta mas bien altas
Granulometria tal como sale de la mina chancado hasta muy fino chancado medio a fino molienda fina
en humedo
Recuperaciones Tipicas 40 a 60% 70 a 859:', 70a 85% 80a95%
Tiempos de Tratamiento de 1a varios afios de 1a varios meses de 1a 2 semanas de 6 a 24 horas
Calidad de Soluciones diluidas diluidas a medias medias a concentradas medianas
(1a 2 q/D (2 a 7g/l) (10 a 20 g/l) (5a 15g/1)
Problemas Principales recuperacion incompleta recuperacion es funcion bloqueo por finos/arcillas molienda es cara
del tipo de mineralogia
en suAplicacion reprecipitacion Fey Cu mayor inversion inicial lavado 0 filtrado
requiere de grandes areas en contracorriente
canalizaciones manejo de materiales
canalizaciones tranque de relaves
perdidas de evaporacion necesidad de control
reprecipitaciones por pH permanente y continuo inversion es alta
perdidas por infiltraclon
evaporacion puede ser alta personal debe estar suele requerir mas
soluciones son diluidas muy bien entrenado agua
control sofisticado:
proceso es repldo
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y apl icaciones 181
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aries. y si hay calcopirita pueden ser hasta 10 afios,
En tanto. en bateas los ciclos son de 5 a 12 dias.
Para lixiviacion agitada de oxides se usan menos de
24 horas. y si se trata de sulfurados (por ejemplo.
concentradosl se necesitan unos 6 a 9 dias, depen-
diendo mucho de las condiciones de presion y tem-
peratura.
vi}Consumo de Acido: el consumo depende del
tipo de mineral y de la ganga. Los oxidados tienden
a reaccionar mucho mas rapido con el acido y. de-
pendiendo del tipo de ganga. esta tamblen sigue.
en general, el mismo patron. Es decir. para minera-
les oxidados, normal mente se tiene tam bien una
ganga mas reactiva y el consumo suele alcanzar
entre 20 y 60 kg/ton. En el caso de los sulfuros hay
que tener presente que parte del acldo se regenera
por causa de la oxidaci6n del azufre catalizada por
bacterias y. si hay excesos de piritas. puede incluso
existir el problema de acurnulaclon de acido en el
sistema. Sin embargo. es habitual tener valores ne-
tos de consumo entre 5 y 10 kg/ton para los mine-
rales sulfurados.
vii) Extreccion de Cobre: Es funci6n de la ley
del mineral y del rnetodo de lixiviaclon usado. Asl,
es habitual tener las recuperaciones que siguen
- botaderos: entre 40 y 60%. sequn el conteni-
do de sulfuros y la ley:
- pi las: para oxidados puede lIegar a 80 y 85%.
para sulfuros alrededor de 80%. si no hay excesiva
calcopirita:
- bateas: entre 70 y 85%. excluyendo los
sulfuros:
- aqitacion entre 80 y 95%. de nuevo en fun-
cion del contenido de sulfuros.
viii) Consumo de Agua: es normalmente bajo y.
en el caso de la lixiviaci6n en pilas 0en botaderos.
182 Esteban M. DOl11 ic M.
- .
C A P IT U L O S IE lE ~
corresponde ala humedad residual de los ripios que
se dejan de regar al terrnino de la lixiviaclon ya las
perdidas por evaporacion y arrastre Fisico con el
viento. Lo habitual es que se requiera menos de
medio metro cublco de agua por tonelada de mine-
rai tratado. En los casos de escasez de agua. se pre-
fiere usar goteros (incluso enterrados) y esta cifra
puede bajar a cerca de la rnitad, al minimizarse las
perdidas por evaporacion y arrastre Fisico con el
viento.
7.7.- Bibliograffa Acerca del
Contexto y Practica Operacional
de la l.ixiviacion
Lo expuesto en este Capitulo 7 ace rca del con-
texto y de la practice del proceso de llxivieclon.
representa s610 una muy breve y somera mirada a
este vasto campo. Algunas de las tecnicas
operativas aqui referidas podran encontrarse am-
pliadas y profundizadas en sus explicaciones. a tra-
yes de la lectura adicional de las monograFias de
operaci6n de.las plantas chilenas mas representa-
tivas, seleccionadas para ser presentadas en los
Capitulos 19,20 Y 21, respecto al cobre. y en los
Capitulos 22, 23 Y 24, respecto al oro.
En particular. respecto al fascinante lema de la
geoquimica de los yacimientos - con sus procesos
de oxidacion y transformaci6n - y la consiguiente
importancia que debe asignarse ala mena y la gan-
ga en el disefio de los procesos de lixiviacion. se re-
comiendan como libros fundamentales. el de
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CONTEXTO Y PRACTICA DE LA LlXIVIACION
P.Williams y el de R.M.Garrels. Sobre aplicaciones
concretas en este mismo tema, pueden tam bien re-
sultar utlles los trabajos incluidos en la serie de li-
bros - 14 hasta ahora - editados por el TMS (The
Metallurgical Soc.) y el SME (Soc. Mining
Engineers). que recogen los trabajos de las sesio-
nes conjuntas realizadas por esas sociedades so-
bre mineralogia aplicada a los procesos rnetalurqi-
cos. Dichas publicaciones aqui aparecen presen-
tadas bajo la autoria cornun del TMS / SME, aun
cuando en su compilacion participaran diversos in-
dividuos como editores.
Adicionalmente, respecto del enfoque practice-
aplicado de procesos como la Itxiviacfon. no es fre-
cuente encontrarlo expuesto en forma equivalente
y directamente comparable. Mas bien, ante proble-
mas especlficos conviene realizar, caso a case, los
correspondientes estudios cornpar ativos
("benchmarking") a fin de asegurarse una hornolo-
qacion entre los datos recolectados. Esto es parti-
cularmente valldo al referirse a tecnologfas con un
muy reciente alto grado de desarrollo. Para ayudar
en ese objetivo y complementar 1 0 aqui expresado.
a contlnuaclon se presenta una lista de bibliografia
seleccionada.
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