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TCNICAS DE LIXIVIACINLos mtodos de lixiviacin pueden ser
divididos en seis tipos1. Lixiviacin "in-situ"2. Lixiviacin en
botaderos (dump leaching)3. Lixiviacin en pilas (heap leaching)4.
Lixiviacin en bateas inundadas (vat leaching)5. Lixiviacin por
agitacin6. Lixiviacin a presin
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En la lixiviacin in-situ no se aplican los mtodos de minera
convencional, el mineral es regado con soluciones conteniendo
agentes lixiviantes (generalmente cido sulfrico con cantidades
variables de sulfato frrico y ferroso) en el mismo lugar del
yacimiento, sin someterlo a labores de extraccin minera. Este mtodo
se aplica a minas subterrneas que han terminado su etapa de
explotacin o a cuerpos mineralizados de baja ley que no justifican
un mtodo de minera convencional. La roca es primero fracturada
mediante explosivos in-situ y se instala un sistema de pozos o
tneles de drenaje para acumulacin de las soluciones cargadas que
son posteriormente bombeadas a la superficie. En el caso de minas
agotadas generalmente el mineral ya ha sido suficientemente
fracturado por el proceso de explotacin al que ha sido sometido y
no requiere fractura adicional, tambin es posible aprovechar
niveles de trabajo inferiores de la mina para la recoleccin de
solucionesLixiviacin in-situ
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La lixiviacin se efecta mediante ciclos alternados de circulacin
de aire y de soluciones. Los mtodos para aplicacin de la solucin
lixiviante incluyen el uso de canales de distribucin y varios
sistemas de regado en el caso que el cuerpo mineralizado est
expuesto y pozos de inyeccin para depsitos subterrneos.Esta tcnica
ha sido utilizada para lixiviar minerales de baja ley de cobre y de
uranio. Su eficiencia es difcil de evaluar debido a que no se
conocen con exactitud los tonelajes y contenidos minerales ni antes
ni despus de lixiviacin. Generalmente la operacin de lixiviacin se
prolonga por varios aos.
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Las soluciones cargadas obtenidas por este mtodo tienen un
contenido bajo de metal, para cobre por ejemplo, la concentracin
del metal es generalmente menor a 1 gpl. Las principales
dificultades del proceso surgen de la canalizacin que no permite
una distribucin uniforme de soluciones en el mineral, y la
posibilidad de acumulacin de lamas y sales que con el tiempo van
llenando los intersticios entre las partculas y por lo tanto
interfieren con el contacto solucin mineral. Esta tcnica se puede
aplicar a dos tipos generales de depsitos mineralesPara depsitos
ubicados sobre el nivel de aguas subterrneas. Este caso se denomina
tambin lixiviacin in-situ gravitacional ya que sobre el nivel
fretico las soluciones pueden moverse por gravedad y ser
recolectadas en niveles inferiores. La mayora de las aplicaciones
actuales de la lixiviacin in-situ corresponden a este tipo
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Para depsitos ubicados bajo el nivel de las aguas subterrneas o
lixiviacin in-situ forzada. Este mtodo hace uso de la permeabilidad
interna de la roca y de las temperaturas y altas presiones que se
generan a gran profundidad. En este caso las soluciones se aplican
a travs de pozos inyectores del tipo usado en la explotacin del
petrleo- y se succiona desde otra batera de pozos recolectores,
dispuestos geomtricamente de modo de estimular el paso de las
soluciones a travs de la roca del yacimiento y forzar la disolucin
de los metales. Aunque esta tcnica tiene gran potencial para
extraer cobre de depsitos profundos de minerales sulfurados, no ha
sido todava muy utilizada en esa aplicacin
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Este mtodo se aplica generalmente a materiales de muy baja ley
que se descartan en la operacin normal de la mina, normalmente en
operaciones a tajo abierto (desmontes o sobrecarga) y material del
halo exterior del yacimiento que es de baja ley y con alto
contenido de calcopirita. El material de baja ley generalmente es
transportado por camiones o correas y es apilado en un sitio
impermeable formando un botadero. La mayora de los botaderos son
formados cerca de la mina usando formaciones naturales del terreno.
Con frecuencia se rellenan valles angostos o el material es vaciado
en la falda de un cerro. Cuando el terreno no es adecuado para
recolectar las soluciones, debe realizarse una preparacin previa
Los botaderos grandes pueden tener 200 m de altura, 80 m de ancho
en la parte superior y unos 250 m en la parte inferior. Pueden
contener 50000 a 300000 ton de mineral. Lixiviacin en botaderos
(dump leaching)
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Por lo general el mineral en los botaderos no es sometido a una
reduccin de tamao previa y tiene el tamao que obtuvo en el proceso
de extraccin, lo que se conoce como mineral ROM (Run of Mine).
Tambin se pueden tratar por esta tcnica ripios de lixiviaciones
antiguas como es el caso de Chuquicamata que desde 1988 esta
lixiviando nuevamente los antiguos botaderos deripiosLa solucin de
lixiviacin, agua o cido sulfrico diluido es regada en la parte
superior del botadero y se filtra a travs del material
recolectndose en la base. Estas operaciones se caracterizan por
tener ciclos muy largos (generalmente mayores de 1 ao) y las
recuperaciones son bajas (40 a 60%), pero los costos son muy bajos.
La figura siguiente ilustra un proceso de lixiviacin en
botaderos
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Las siguientes condiciones son esenciales para una operacin de
lixiviacin en botaderos: (1) circulacin efectiva de aire, (2) buena
actividad bacterial, (3) contacto uniforme de la solucin con las
partculas. El mayor problema encontrado en la lixiviacin en
botaderos es la precipitacin de sales, especialmente sales de
hierro en las caeras de drenaje y en el interior del botadero. La
hidrlisis del ion frrico produce la precipitacin de hidrxido y
jarositas cuando el pH de la solucin es > 3.Fe2(SO)3 + 6H2O
Fe(OH)3 + 3H2SO4
2 Fe2(SO)3 + 12H2O 2HFe3(SO)2(OH)6 + 5H2SO4 Jarosita de
hidrgeno
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En presencia de lcalis, se forman jarositas de Na,
NaFe3(SO4)2(OH)6, o de K, KFe3(SO4)2(OH)6. Existen adems otras
sales que pueden precipitar obstruyendo el lecho de mineral, como
yeso, CaSO4, u otros sulfatos. La precipitacin de todos estos
compuestos resulta en la formacin de capas impermeables que impiden
el movimiento de las soluciones dentro del botadero o pueden cubrir
la superficie de las partculas retardando o deteniendo su posterior
reaccin. Una vez formados estos compuestos son muy difciles de
re-disolver.
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En la lixiviacin en botaderos muchas veces no es necesario
agregar cido ya que ste es generado por las reacciones mismas de
lixiviacin. La velocidad de disolucin de los sulfuros metlicos es
enormemente acelerada por accin de las bacterias. Las lixiviaciones
en botaderos e in-situ corresponden a las primeras aplicaciones
industriales de la lixiviacin bacteriana. Sin embargo, debido al
escaso valor econmico de los minerales tratados, estos procesos no
pueden controlarse bien y se pueden considerar en gran parte como
procesos espontneos. El control de la operacin se complica por el
hecho que una parte importante de las aguas de lluvia o aguas de
deshielos incrementa el flujo de soluciones en el botadero
generando grandes fluctuaciones en la produccin de soluciones de la
operacin. Este aspecto debe ser contemplado en las instalaciones de
tratamiento de las soluciones producidas, generalmente extraccin
por solventes. Dicha planta debe tener gran flexibilidad para
tratar flujos muy variables de solucin segn la poca del ao.
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La tcnica de lixiviacin en pilas (heap leaching) es similar a la
lixiviacin en botaderos excepto que se aplica a depsitos de
minerales oxidados o mixtos y con mayor planificacin en la formacin
de las pilas de mineral. Esta tcnica se usa como mtodo primario de
tratamiento de menas de minerales oxidados y mezclas de xidos con
sulfuros secundariosLixiviacin en PilasEl material a lixiviar,
previamente triturado, se acumula sobre una base o carpeta
impermeable formando pilas sobre las que se roca la solucin
lixiviante. El tamao de las pilas, el grado de trituracin ms
apropiados, la cantidad ptima de cido y la velocidad de irrigacin
generalmente se determinan mediante pruebas experimentales que se
realizan en columnas o gaviones. Estas variables dependen de la ley
del mineral y de sus caractersticas fsicas
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En la formacin de las pilas es muy importante minimizar la
compactacin de los slidos para asegurar la buena distribucin de las
soluciones y la penetracin de oxgeno (esto ltimo se requiere
solamente si la mena contiene especies que requieren oxidacin como
Cu2O, CuS, Cu2S)Cuando el mineral es fino 100% -3/8 o 100% -1/4, se
acostumbra realizar un aglomerado del mineral para mejorar la
permeabilidad de la cama de slidos. Cuando se lixivian minerales de
cobre se acostumbra a agregar cido concentrado junto con el agua en
la aglomeracin para efectuar el curado cido. Con este curado cido
se consigue mejorar la disolucin de cobre (a travs de la disolucin
de gran parte del cobre superficial de las partculas) y adems
inhibir la disolucin de algunas especies indeseables como el
aluminio y la slice
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Para lograr una buena mezcla y aglomeracin homognea de las
partculas el equipo ms apropiado es el tambor aglomerador, que se
muestra esquemticamente en la figura
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Esquema de tambor aglomerador industrial
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Este consiste de un cilindro metlico con revestimiento de goma
anticida o neopreno y provisto de elevadores (lifters). En la parte
central del cilindro se ubican tuberas perforadas para el
suministro de agua, que siempre es agrega primero para humedecer el
mineral, y ms al interior del tambor para el suministro del cido
concentrado. El tambor aglomerador gira a baja velocidad y tiene
una inclinacin para que la carga fluya a lo largo de l
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Vistas de los tambores aglomeradores: (A) lateral y (B) frontal
(A) (B)
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Concepto y objetivo del proceso de aglomeracinEl proceso de
aglomeracin, consiste en mezclar un mineral, cido sulfrico y agua,
los cuales sometidos a un movimiento de rodadura, producen la
agregacin de las fracciones finas generando partculas de mayor
tamao El mejoramiento del escurrimiento de las soluciones de
lixiviacin se debe a que las partculas finas se adhieren sobre la
superficie de las partculas ms grandes formndose el aglomerado.
Esto permite generar un lecho de mineral con tamao de material
homogneo, evitndose el taponamiento de los espacios del lecho por
el menor arrastre de finos. Por lo tanto, la aglomeracin busca
producir en el lecho de la pila: mayor permeabilidad, distribucin
homognea de la solucin lixiviante y proporcionar una estructura
fsica estable en el apilamiento
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Formas y mecanismos de formacin de aglomeradosLa aglomeracin es
la unin de partculas individuales de mineral para formar
aglomerados (agregados o racimos de partculas). La aglomeracin se
puede llevar a cabo mediante dos formas a) Por presin, mecanismo
segn el cual las partculas son unidas mecnicamente, ejerciendo
presin entre stas y para lo cual se utilizan rodillos, que tienen
cavidades con la forma final del producto aglomerado que se desea
obtener
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b) Por roleo, basado en el principio de movimiento de partculas
que estn dispersas, y mediante su aproximacin, se activan las
fuerzas de cohesin y las partculas se unen, generando partculas de
mayor tamao. Bsicamente, en la aglomeracin por roleo, el equipo
rotatorio agita las partculas, logrando el acercamiento entre stas,
las cuales mediante la presencia de puentes de lquido, se adhieren
unas a las otras. Por lo tanto, las partculas deben tener una
pelcula de lquido, cuyo espesor debe ser el adecuado para formar
dichos puentes permitiendo que los glmeros adquieran una
estabilidad y resistencia mecnica deseable. En la figura siguiente
se ilustra un puente tpico entre partculas Puente tpico de lquido
entre partculas
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Las fuerzas que mantienen a las partculas adheridas provienen de
dos fuentes: la tensin superficial y los enlaces qumicos entre las
partculas
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Variables del proceso de aglomeracinDentro de las variables que
condicionan la calidad del glmero, se encuentran las propiedades
fsico-qumicas del mineral, caractersticas de diseo y operacin del
tambor aglomerador, y la humedad de aglomeracin, esta ltima la ms
importante para generar glmeros de buena calidad Geometra de las
partculas: Su principal efecto es el aspecto fsico, aunque tambin
afecta la velocidad de reaccin. De esta variable depende el grado
de adherencia de las partculas ms pequeas a las ms grandes. Con un
material representativo esta variable se puede considerar constante
Caractersticas Geolgicas: El tipo de mineralizacin y la ganga
asociada, entre otras caractersticas, ejercen una fuerte influencia
en el aspecto fsico (higroscopia) y en el qumico (consumo de cido y
grado de sulfatacin)
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Granulometra: La influencia fundamental de esta variable es en
el aspecto qumico, ya que influye fuertemente en la velocidad de la
transformacin qumica. En el aspecto fsico su influencia radica en
el hecho que a menor granulometra se produce una mayor produccin de
finos, disminuyendo las cualidades fsicas y aumentando la
probabilidad de que erosionen los aglomerados, producindose
posibles segregaciones de finos que a su vez son capaces de
provocar canalizaciones e impermeabilizaciones al interior del
lecho. Las partculas de menor tamao sern mejor atacadas por el
cido
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Cantidad de agua: Parmetro crtico en la operacin de aglomeracin
y curado. Su total ausencia es nefasta en los aspectos qumico y
fsico. En el aspecto fsico influye en la formacin de puentes
lquidos y fuerzas capilares que dan al lecho las cualidades fsicas
que requieren. En el qumico, es el medio de transporte utilizado
por los iones de hidrgeno para difundir a travs de las partculas
hacia el ncleo de la reaccin y es el medio de transporte utilizado
por los iones cpricos, producto de la reaccin, para emerger a la
superficie de las partculas
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Condiciones ambientales: Esta variable no se puede manejar.
Cuando la temperatura es muy alta y en un ambiente seco, la
evaporacin de agua aumenta considerablemente influyendo en el
tiempo de curado y en las propiedades fsicas y qumicas del lecho.
Cuando ocurre lo contrario, cuando la temperatura es muy baja y la
humedad ambiental muy alta, la calidad fsica del lecho disminuye y
el tiempo de curado se alarga demasiado, pero el grado de
sulfatacin puede aumentar en forma considerable Tiempo de curado:
Esta variable influye directamente en el grado de aglomeracin y
sulfatacin. Depende de las condiciones climticas de las reacciones
qumicas exotrmicas que pueden ocurrir al interior del lecho que
provoca evaporacin de agua y fundamentalmente en la cantidad de
agua presente en el proceso
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Humedad de aglomeracinEl contenido de humedad general, debido a
los efectos de tensin superficial que tienen unidas a las partculas
de mineral, es la variable ms importante para producir buenos
aglomerados. Muy poca humedad hace imposible el desarrollo de una
pelcula de lquido entre las partculas y conduce a una segregacin de
tamaos de stas durante el apilamiento. Por otro lado demasiada
humedad separa las partculas pequeas de las partculas ms grandes y
provoca una mala distribucin de cido por escurrimiento Si la
cantidad de agua excede el valor crtico, las superficies cncavas de
la pelcula lquida se transforman en convexas con lo cual
desaparecen las fuerzas de unin entre las partculas, como
consecuencia el aglomerado se destruye y se forma una especie de
suspensin slido lquido
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La humedad ptima de operacin se define como la mxima humedad
antes de llegar al punto adhesivo, valor en el cual el material se
torna barroso, se pierde la esfericidad de los glmeros y adems
distorsiona significativamente su distribucin de tamao Se ha
encontrado que la humedad de aglomeracin depende principalmente del
porcentaje de finos del material frescoRelacin contenido de finos
-200# versus humedad ptima de aglomeracin
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Curado cido de mineralEl curado consiste en introducir
anticipadamente cido sulfrico concentrado durante el proceso de
aglomeracin a objeto de modificar la composicin mineralgica del
mineral, permitiendo as sulfatar los minerales de cobre, fracturar
qumicamente las partculas, creando mayores vas de ataque y
penetracin de la solucin hacia el mineral, e impactar en la cintica
de extraccin del valor, especialmente al inicio del proceso de
lixiviacin Adems de efectuar la disolucin de cobre, el cido para el
curado, debe lograr un grado de neutralizacin de la ganga,
necesario y suficiente, que proporcione durante el riego, una
condicin favorable de proceso (pH adecuado) que no perturbe la
disolucin adicional de cobre por el agente lixiviante (cido y/o
frrico) y/o facilite precipitaciones indeseables
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Generalmente el cido ptimo a adicionar en aglomeracin es el que
permita obtener una mayor sulfatacin con una mnima acidez libre
remanente y este depender principalmente de las caractersticas del
mineral en cuanto a su grado de liberacin, contenido de cobre y
reactividad de la ganga que la acompaa. Un exceso de cido puede
producir una sobre lixiviacin de la ganga aportando impurezas
perjudiciales principalmente para el proceso de extraccin por
solventes La figura muestra los resultados de una prueba tpica de
curado cido
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Las variaciones en las caractersticas fsicas y mineralgicas del
mineral (contenido de cobre lixiviable, contenido de finos,
especies de ganga ms consumidoras), generan una demanda de la dosis
de cido adecuada, por lo cual tambin prcticamente en todas las
operaciones, el pronstico o manejo de la dosificacin mantiene aun
gran distancia entre lo que debi ser y lo que realmente se aplica
El comportamiento de la ganga se encuentra ntimamente ligado a las
condiciones de acidez en las cuales se desarrolla el proceso, y
esto lleva a que en el curado exista un mnimo de acidez libre.
Adiciones elevadas de este reactivo pueden aumentar la reactividad
de la ganga y en consecuencia aumentar el consumo de cido. En el
proceso de lixiviacin, las reacciones con la ganga pueden tener
severos efectos en los equilibrios de solucin y equilibrios
solucin-mineral, acelerando la formacin de precipitados
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Las pilas de lixiviacin pueden variar en altura entre 3 y 10
metros, y se instalan sobre un sustrato impermeable generalmente
protegido con una membrana (geomembrana) de plsticos como
polietileno de alta densidad (HDPE) de baja densidad (LDPE), de muy
baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC). Los
espesores pueden variar entre 0.1 a 1.5 mm segn las exigencias de
cada operacinDimensionamiento de pilas
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A medida que aumenta la altura de la pila aumentan las
exigencias de la geomembrana y generalmente se eligen membranas ms
gruesas de HDPE debido a su mayor resistencia la ruptura. Sobre la
geomembrana se instala normalmente una capa de grava que sirve como
capa de drenaje para la solucin. Si el material de drenaje incluye
partculas grandes o angulares puede ser necesario poner una capa
amortiguadora entre la membrana y la capa de drenajeEl mineral a
lixiviar se apila sobre la capa de drenaje. Para cargar el mineral
en las pilas se utilizan varios sistemas segn el tamao de las
instalaciones. Para faenas pequeas de 300 a 2000 ton/da se utilizan
camiones y apiladores de correa autopropulsados como el que ilustra
en la Figura 4.21. Para faenas grandes, de 1000 a 20000 ton/da, se
usan correas modulares articuladas (grasshoppers) que terminan en
un apilador de correa
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En general se distinguen dos tipos bsicos de pilas de
lixiviacin:
Pilas permanentes, en las cuales no se retira el mineral
lixiviado (o ripio) una vez concluido del proceso de lixiviacin y
las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores. Solo una vez que
se ha alcanzado un lmite de altura, se deben construir nuevas pilas
para continuar con el proceso. Generalmente este tipo de pilas se
usa para material de baja ley y de granulometra gruesa, que tienen
una velocidad de lixiviacin lenta. La distincin entre este tipo de
pilas y los botaderos no es muy clara.
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Pilas renovables (tipo on-off), en las cuales una vez concluido
el ciclo de lixiviacin los ripios de retiran y se reemplazan por
mineral fresco sobre la misma base anterior. Este tipo de pilas se
utiliza preferentemente con mineral de alta ley (lixiviacin
primaria de menas) y que tiene una cintica rpida, lo que garantiza
una alta recuperacin. Las pilas por lo general son de baja altura
para facilitar la carga y descarga del mineral. Para la descarga de
los ripios normalmente se usan recolectores tipo pala de ruedas con
capachos, conocidas como rotopalas. Los ripios son enviados a
botaderos o pilas permanentes donde a veces se continua su
lixiviacin
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Las pilas pueden operar de dos formas: Pilas unitarias, en que
todo el material depositado en la pila se lixivia simultneamente.
Pilas dinmicas, en que en una misma pila coexisten materiales en
diversas etapas de tratamiento.Las soluciones se distribuyen en la
superficie de la pila por medio de goteros o por aspersores segn
sea la tasa la evaporacin y la disponibilidad de agua. En zonas de
clima muy fro puede se necesario a veces enterrar los goteros bajo
la superficie de la pila para evitar congelamiento de las
soluciones. Para la recoleccin de las soluciones se utilizan caeras
de drenaje perforadas (que se instalan en la base de la pila, sobre
el revestimiento impermeable, y/o sobre la capa de grava) y
canaletas abiertas. Las carpetas impermeables sobre las que se
forma la pila tienen una pendiente de 3 a 5 para permitir el flujo
de las soluciones hacia las canaletas de recoleccin que las llevan
a piscinas de almacenamiento desde donde son bombeadas al proceso
de purificacin de soluciones y recuperacin del cobre
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La concentracin de cido en la solucin de lixiviacin depende de
la ley de los minerales a tratar y las soluciones cargadas pueden
variar entre 3 gpl hasta unos 16 gpl de cobre para minerales
ricosLa secuencia combinada de operacin en que la lixiviacin en
pilas se realiza sobre un mineral triturado fino, aglomerado con
agua y curado con cido se conoce como Proceso de Lixiviacin TL.
Este proceso de us por primera vez en la mina Lo Aguirre, de
Mineral Pudahuel, que oper desde 1980 hasta el ao 2000 y su uso se
ha generalizado para el tratamiento de minerales de cobre oxidados
o mixtos
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Las variables de operacin de este proceso incluyen:-
Granulometra del mineral- Dosificacin de agua y cido en el curado-
Grado de aglomeracin de los finos durante el curado y consiguiente
aumento de la porosidad dellecho.- Altura del lecho de
mineralConcentracin de agentes lixiviantes en las soluciones- Ritmo
de regado- Duracin de los ciclos de lixiviacin- Nmero de ciclos-
Otros de menor importancia
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Las ventajas que se atribuyen al Proceso de Lixiviacin TL son:-
Bajo costo de inversin, similar al de una planta de lixiviacin por
percolacin- Bajo consumo de cido: 60 a 70% del consumo de una
operacin de lixiviacin en bateas.- Alta recuperacin desde minerales
oxidados (80 a 90%).- Recuperaciones significativas de cobre desde
minerales sulfurados secundarios (40 a 50%)- Bajo costo de
operacin
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Esquema general de la Planta xidos de Minera Escondida Ltda.
(MEL)