• 600 – 900 DC De Re Metallica discute conocimientos de reacciones de reemplazo como la cementación del cobre por el hierro y el uso de aqua regia.
• 1880 - Se descubre que el oro y la plata pueden ser lixiviados en soluciones cianuradas (Mooiman et al, 2005). La comercialización de estos procesos revolucionaron la industria del oro, y establece el pilar fundamental de la metalurgia extractiva del oro más de un siglo después (Fleming, 1992).
• La lixiviación y la electrometalurgia fundaron tempranamente la hidrometalurgia. La disciplina moderna emergió con el desarrollo de la extracción por solvente (SX) y el intercambio iónico (IX) como procesos de separación de uranio en el proyecto Manhattan en 1942.
• Más recientemente, los procesos de extracción biológica y el uso de altas temperaturas y presiones han sido agregados al arsenal de operaciones unitarias hidrometalúrgicas, como se ha mostrado en los recientes procesos de extracción de cobre (McElroy y Young, 1999) y níquel (Anthony y Flett, 1997) desde materiales que, anteriormente, sólo podían ser tratados por la vía pirometalúrgica (Mooiman et al, 2005).
En nuestro país, los antecedentes hidrometalúrgicos datan de:
• 1637 - Primeras experiencias en la hidrometalurgia del tratamiento de aguas de mina en 1637 con Alonso Barba para extraer cobre.
• 1848 - el químico Pedro Hugón instaló en Arqueta (Cajamarca) una planta d lixiviación (Proceso Augustín).
• 1890 – Hualgayoc, se iniciaron los primeros ensayos de lixiviación, para que un año más tarde instalarse oficinas de lixiviación en el mismo Hualgayoc y en Bambamarca.
• 1892 - Se instalan plantas de lixiviación con hiposulfito de sodio en San José (Castrovirreyna), Gazuna (Cajatambo) y en Pilancos (Hualgayoc).
• 1895 – La compañía Minera Pataz (El Gigante) empezó con el tratamiento de minerales de oro por el método de cianuración. Ya en 1897 funcionaban en nuestro país trece (13) plantas de lixiviación.
• 1945 - en nuestro país se comience a producir soluciones de sulfato de cinc a partir de minerales sulfurados.
• 1975 - se empieza aplicar el sistema de intercambio Iónico en Cerro Verde.
• 1975 -1980 Emergen plantas hidrometalúrgicas de envergadura tales como: Cajamarquilla, Cerro Verde, planta de agua de mina de Cerro de Pasco, Yanacocha.
¿Que busca la Hidrometalurgia?
1. Incrementar la productividad de las distintas partes del proceso,
2. Reducir los costos de operación,
3. Reducir los impactos ambientales y sociales
4. En caso de la necesidad de una nueva capacidad de planta, desarrollar procesos nuevos, simples, limpios y más económicos.
Hidrometalurgia Mundial
TECNOLOGIAS VIGENTES A 1970
La alta demanda del cobre fue un estímulo para la búsqueda de tecnologías que permitieran aprovechar los yacimientos porfíricos con baja ley en los cuales el metal está esparcido en grandes áreas y mezclado con gran cantidad de componentes y roca estéril, como los que se explotan en la actualidad.
El cobre aparece vinculado en su mayor parte a minerales sulfurados, aunque también se lo encuentra asociado a minerales oxidados.
Estos dos tipos de mineral requieren de procesos productivos diferentes, pero en ambos casos el punto de partida es el mismo: la extracción del material desde las minas a tajo abierto o subterráneas, lo que requiere la fragmentación y el transporte del material identificado por estudios geológicos realizados en la etapa previa de exploración.
El mineral extraído pasa en primer lugar por un proceso de molienda. En el caso de los minerales oxidados el proceso productivo implica someter el material a una solución de lixiviación, que producirá soluciones de sulfato de cobre, las cuales son sometidas a un proceso de extracción con solventes y posteriormente a un sistema de electroobtención cuyo resultado final son los cátodos de cobre con 99,99 por ciento de pureza.
Los minerales sulfurados pasan primero por el chancado y la molienda, luego por mecanismos de clasificación hasta obtener el concentrado de cobre, que tiene 30 por ciento del metal. Su purificación posterior se realiza en hornos que permiten obtener cobre blister o ánodos con 98 por ciento de pureza. Finalmente la electrorefinación permite transformar los ánodos en cátodos con 99,99 por ciento de pureza.A continuación se muestra una de las tecnologías aún vigentes para el caso del cobre que es la FUNDICIÓN.
HIDROMETALURGIA (APLICACIÓN CÁTODOS DE COBRE)
Las etapas de la Hidrometalurgia son: En este caso para el cobre, se tiene:
• LIXIVIACIÓN Lixiviación en pilas
• PURIFICACIÓN/CONCENTRACIÓN Extracción por Solventes
• PRECIPITACIÓN Electrodepositación
LIXIVIACIÓN EN PILAS:
El mineral procedente de la explotación, a cielo abierto o subterránea, debe ser ligeramente preparado en una planta de chancado y/o aglomeración, para conseguir una granulometría controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad.
Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (Cobre). Una vez concluido el periódo de lixiviación (2 a 3 meses) los ripios son llevados a los botaderos.
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES:
Se entiende al proceso de separación o extracción de materiales diluidos (iones) contenidos en medios líquidos (solución acuosa), mediante el empleo de medios de extracción también líquidos (solución orgánica).
Comprende las siguientes etapas: Extracción y Reextracción (Descarga).
ETAPA DE EXTRACCIÓN
Es la recuperación selectiva del Cu2+ por medio de la solución orgánica desde las soluciones acuosas ácidas producto de la etapa de lixiviación (PLS).
La solución rica proveniente de las pilas es mezclada con la fase orgánica (orgánico descargado), para extraer SELECTIVAMENTE el cobre obteniendo una solución pobre en cobre, llamada refino, que es reciclada a la etapa de lixiviación en pilas. Se obtiene en esta etapa una fase orgánica cargada, que es avanzada a la siguiente etapa. Se produce la siguiente reacción:
Donde: : PLS=Pregnant Leach Solution (Sulfato de Cobre+Ácido); OD=Orgánico descargado; OC=Orgánico cargado.
ETAPA DE REEXTRACCIÓN (DESCARGA)
El orgánico cargado se pone en contacto con el electrolito pobre proveniente del proceso de electrodepositación, de alta acidez (150-200 g/l de H2SO4). El cobre pasa de la fase orgánica a la fase acuosa, obteniéndose una fase orgánica descargada que se recicla a la etapa de extracción y un electrolito rico que avanza hacia la electrodepositación.
Es la etapa donde el Cobre conseguido por la fase orgánica en la etapa de extracción es transferido a una solución acuosa fuertemente ácida (180 g/L de ácido) llamada "electrolito descargado o electrolito pobre". Esta solución aumenta su concentración de Cobre de 30 a 45 gramos por litro y es utilizada luego como "electrolito rico" en el proceso de electrodepositación.
Se produce la siguiente reacción: (Observar el sentido de la flecha)
Donde: ER=Electrolito Rico; OD=Orgánico descargado; OC=Orgánico cargado; EP=Electrolito Pobre
ELECTRODEPOSITACIÓN
Bajo la denominación “electrodepositación de cobre” se entiende a la obtención de cátodos de cobre de alta pureza, los cuales se producen sumergiendo dos electrodos: cátodo (-) y ánodo (+), en una solución electrolítica de sulfato de cobre.
A continuación se muestra un diagrama de flujo resumiendo las etapas de la Hidrometalurgia aplicado a la obtención final de cátodos de cobre:
En el siguiente cuadro se puede observar que la producción de cobre refinado obtenido por hidrometalurgia, se ha estado incrementando gradualmente, a este año 2010 debe representar casi el 22% de todo el cobre producido (20.7 Millones de Tm) y ello demuestra la importancia que esta teniendo la hidrometalurgia por dos razones fundamentales sus menor consumo de energía, menores costos implicados y un proceso mas limpio con el medio ambiente.
• Tradicionalmente la principal fuente de recursos minerales en el Perú ha sido la Cordillera de los Andes.
• Existe una vasta y variada riqueza geológica reconocida por la comunidad internacional, la mayor parte aún por explorar y explotar.
• El potencial de la minería peruana se refleja en la producción de: oro, plata, plomo, zinc, molibdeno, estaño y nuevos yacimientos de hierro y uranio.
• Los minerales producidos en el Perú son de gran demanda en el mercado mundial actual. Estados Unidos, China, Suiza, Japón, Canadá y la Unión Europea son los principales destinos de sus exportaciones mineras.
• En cuanto reservas de mineral, el Perú es el segundo país con mayores reservas de cobre en el mundo; en Latinoamérica primero en Zn, Pb y Sn, segundo en Ag y Mo. (US Geological Survey – USGS figures).
PANORAMA DEL COBRE EN EL PERU
• En cuanto al cobre (Cu), las reservas probadas y probables son: 90,813 Miles TMF
• Producción Anual Cu 2009: 1,275Miles TMF
Fuente: MEM-2010
A continuación se detalla los proyectos cupríferos que se encuentran ubicados principalmente en la zona norte y sur de nuestro país.
PERU NORTE Cu – Au Franja de Pórfidos
Siendo el proyecto “La Granja” el que tiene la mayor producción estimada de 800 Mt (millones de toneladas) de una ley de 0.61% de cobre
La Granja está ubicada en la región peruana de Cajamarca, en el distrito de Querocoto, en la provincia de Chota. El lugar está aproximadamente a 1,000 kilómetros de la ciudad capital, Lima, y para acceder desde allí se requiere un viaje de hasta nueve horas - dependiendo de las condiciones del clima y de la carretera-, primero en avión y luego por tierra.
El proyecto, de 7,400 hectáreas, se encuentra a 2,000 metros sobre el nivel del mar y la temperatura promedio es de 17.1ºC. La precipitación promedio anual es de 989 milímetros cúbicos.
Fuente: MEM-2010
PERU SUR Franja pórfidos de Cu Paleoceno
Los pórfidos cupríferos son esencialmente depósitos minerales de baja ley y gran tonelaje. Se denominan pórfidos porque frecuentemente, pero no exclusivamente, se asocian con rocas ígneas intrusivas con fenocristales de feldespato en una masa fundamental cristalina de grano fino.
Fuente: MEM-2010
APURIMAC Pórfido-Skarn Cu (Eoceno-Oligoceno)
Resaltando el Proyecto Las Bambas con una producción estimada de 1 132 Mt de minerales de cobre con una ley aproximada de 0.77% Cu y además 0.020% Mo.
El Proyecto Minero Las Bambas fue el primer proyecto de Xstrata en el Perú y tiene una gran trascendencia en el ámbito internacional. Se ubica a 72 kilómetros del Cusco, entre las provincias de Cotabambas y Grau, departamento de Apurímac, a más de 4.000 metros sobre el nivel del mar.
Fuente: MEM-2010
Fuente: Declaraciones de los titulares mineros Elaboración: MINEM/DGM/DPM
Como podemos observar en la gráfica anterior referente a la producción de cobre sigue en aumento cada año y debido a la gran cantidad de proyectos y reservas en nuestro país dicha producción cuprífera seguirá creciendo.
FUTURO DE LA HIDROMETALURGIA
El aumento de capacidad en las plantas de tratamiento va en la dirección de reducir los costos operativos, como única alternativa de supervivencia frente a los cada vez más bajos precios de los metales básicos.
Poniendo como ejemplo el cobre, este metal ha llegado a caer hasta valores impensables del orden de 0,60 USD por libra. Según cifras de dominio público, los mayores productores mundiales, con procesos convencionales molienda/flotación tienen costos de producción del orden de 0,55-0,70 USD por libra..... sobran las palabras.
Los productores de cobre vía hidrometalúrgica presentan en cambio costos de producción de 0,30-0,50 USD por libra, y debe tenerse en cuenta que la producción unitaria de las plantas hidrometalúrgicas en términos generales es inferior a la cuarta parte de la producción en plantas convencionales, lo que nos da una idea clara de la gran diferencia de costo operativo entre la vía convencional y la hidrometalúrgica.
Podría decirse que la Hidrometalúrgia está en sus comienzos, por lo que es de esperar que los costos de producción se vean reducidos en un plazo breve, con la introducción de mejoras en los procesos de lixiviación, extracción por solventes y electrodepositación (se debe continuar haciendo pruebas metalúrgicas e investigación para ir mejorando estos procesos que involucran a la hidrometalurgia).
Hace tan sólo unos años que han empezado a desarrollarse procesos de biolixiviación que van a permitir, una vez puestos a punto, reducir drásticamente los costos de producción.
La Hidrometalúrgia, es hoy ampliamente aplicada para el tratamiento de numerosos metales como el oro, cobre, zinc, níquel, cobalto, entre otros, y la Biometalúrgia puede jugar un papel de importancia, en su desarrollo futuro.
Parece que en este segundo milenio, estamos a las puertas de una nueva era donde un proceso más limpio como la Biometalúrgia puede devolver la confianza de la sociedad en la actividad minera, que en estos momentos "verdes” goza de tan mala prensa.
Hoy día está sobradamente demostrado que las actividades industriales, necesarias para la supervivencia de nuestra sociedad, no son en absoluto incompatibles con la conservación de nuestro hábitat, están en boca de todos, el Medio Ambiente.
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