UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
TESIS
“EFECTO DE LA GALENA EN LA LIXIVIACION TIOSULFATIZANTE DEL ORO EN LA UNIDAD
MINERA ARASI”
PRESENTADA POR:
Bach. APONTE HUAMAN Estefani Bach. NUÑEZ EGOAVIL Quelin Miker
CARATULA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO METALURGISTA Y DE MATERIALES
HUANCAYO - MARZO 2019
DR. RUBEN MUEDAS CASTEÑADA
ASESOR
DEDICATORIA
DEDICATORIA
“La presente tesis se la dedicamos a Dios quien nos guía por el buen camino, nos da fuerzas para seguir adelante y no desmayar en los problemas que se presentaban, enseñándonos a encarar las adversidades.”
“A nuestros padres por su apoyo, consejos, comprensión, amor, ayuda en los momentos difíciles, y por ayudarnos con los recursos necesarios para estudiar y lograr nuestros objetivos.”
AGRADECIMIENTOS
“En primer término, debemos manifestar nuestra eterna gratitud a nuestros padres, que inspiraron en todo momento nuestro desarrollo académico. Ellos nos mostraron el mundo de las ciencias exactas y son los responsables últimos de que pudiéramos realizar nuestros estudios.”
“Agradecemos a nuestra alma mater la Universidad Nacional del Centro del Perú y a los docentes de la Facultad de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales, por la orientación y apoyo recibido durante nuestra formación y el desarrollo de esta tesis.”
INTRODUCCIÓN
Desde principios del siglo pasado, el cianuro se ha destacado como reactivo de lixiviación para la recuperación hidrometalúrgica del oro debido a su alta eficiencia y su costo relativamente bajo. Aunque Hagen descubrió por primera vez que el oro era soluble en cianuro en 1806, no fue hasta el trabajo de John Stewart MacArthur en la década de 1880 que finalmente se logró el valor del cianuro como reactivo de lixiviación para el tratamiento del mineral de oro. MacArthur, metalúrgico químico, recibió la Patente Británica No. 14174, Proceso de obtención de oro y plata de minerales, en 1887. Esta tecnología, llamada "cianuración", recibió un éxito industrial inmediato en Nueva Zelanda en 1889 y en Sudáfrica en 1890.
El debate sobre el uso del cianuro en la industria minera ha impulsado una investigación considerable sobre el desarrollo de alternativas más benignas para el medio ambiente.
Una serie de accidentes ambientales recientes en varias empresas explotadoras de oro en todo el mundo, sin embargo, ha precipitado la preocupación generalizada por el uso de cianuro como reactivo de lixiviación. En la mayoría de estos casos, el cianuro proveniente de las operaciones de procesamiento ha ingresado al medio ambiente ya sea por fugas a través de desgarros y / o perforaciones en los revestimientos protectores de lixiviación en pilas, o por derrames de estanques de solución desbordada o áreas de almacenamiento de
relaves. Aunque el cianuro no se considera una toxina persistente, es un veneno mortal en altas concentraciones, lo que representa una grave amenaza para la salud de una amplia gama de entidades ecológicas. De hecho, la afirmación de que el cianuro no es persistente y no da lugar a problemas crónicos de salud o ambientales es algo engañosa.
El tiosulfato (S2O32-), un producto químico utilizado ampliamente en la fotografía y en las industrias farmacéuticas, también se ha propuesto como sustituto del cianuro. La lixiviación con tiosulfato de metales preciosos se ha desarrollado como una técnica alternativa y no tóxica para la cianuración convencional. Este proceso tiene ventajas sobre el cianuro en una menor interferencia de cationes extraños y un menor impacto ambiental. La solución de tiosulfato amoniacal permite la solubilización del oro como complejo aniónico estable. La lixiviación del oro se produce a tasas de disolución apreciables.
Dentro de este contexto, este estudio quiere contribuir con la tecnología de la lixiviación con tiosulfato, investigando el efecto de una de las impurezas que existe en la pulpa de lixiviación, para el efecto planteamos como objetivo determinar el efecto de la presencia de minerales sulfurados como la galena en el proceso de lixiviación tiosulfatizante del oro en la Unidad Minera Arasi y como hipótesis: La presencia de minerales sulfurados como la galena influye negativamente en el proceso de lixiviación tiosulfatizante del oro en dicha unidad minera.
“Esta tesis se ha organizado siguiendo el siguiente criterio: un primer capítulo donde se exponen las generalidades, en el segundo se formula la investigación, en
el tercero exponemos el marco teórico y en el cuarto se encuentra la parte fundamental en la cual se incluye la investigación experimental, en la parte final se exponen las conclusiones y recomendaciones.”
“Es nuestra finalidad cumplir con las expectativas técnicas científicas y se pone
a consideración de nuestros jurados el presente estudio, de tal forma que nos permita obtener el título de Ingeniero Metalurgista y de Materiales.”
Los Autores
RESUMEN
En este estudio se emplearon la galena y el cuarzo artificialmente, los cuales fueron agregados a la solución de tiosulfato amoniacal, con la finalidad de dilucidar el papel de la galena en la lixiviación de oro con tiosulfato. Los efectos de la galena sobre la descomposición del tiosulfato y la lixiviación con oro y los posibles mecanismos de efecto se estudiaron mediante el cálculo termodinámico, las pruebas de lixiviación, los análisis SEM-EDS y XPS. Los resultados mostraron que desde el inicio de la lixiviación de oro, la cinética de lixiviación se restringió severamente en presencia de galena. Esto se debe al hecho de que la galena se oxida fácilmente con el cobre (II) y el oxígeno disuelto, por lo que los potenciales mixtos de la suspensión experimentaron inicialmente un descenso significativo a niveles relativamente bajos de 230 ~ 240 mV, que son casi 50 mV más bajos que los de la pulpa de cuarzo. Esto es desventajoso para la lixiviación de oro y da como resultado disoluciones indeseables de oro durante el proceso. Los resultados sugieren que la disminución de los potenciales de suspensión de la presencia de galena es la causa principal de una reducción en la cinética de lixiviación del oro.
ÍNDICE
CARATULA ... i
ASESOR ... ii
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTOS ... iv
INTRODUCCIÓN ... v
RESUMEN ... viii
ÍNDICE ... ix
CAPITULO I GENERALIDADES ... 11
1.1 LA UNIDAD MINERA ARASI. ... 11
CAPITULO II FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 23
2.1 EL PROBLEMA ... 23
2.2 OBJETIVOS ... 26
2.2.1 Objetivo General ... 26
2.2.2 Objetivos Específicos ... 26
2.3 JUSTIFICACIÓN ... 26
2.4 PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS ... 27
2.4.1 General ... 27
2.4.2 Específicos ... 27
2.5 VARIABLES. ... 28
CAPITULO III MARCO TEÓRICO ... 29
3.1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ... 29
3.2 ANÁLISIS DEL PROCESO PROPUESTO... 55
CAPITULO IV METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN ... 60
4.1 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ... 61
4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ... 62
4.3 PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 66
CONCLUSIONES ... 85
RECOMENDACIONES ... 87 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 88
CAPITULO I GENERALIDADES
Las generalidades referidas en este primer capítulo, son para exponer la ubicación del estudio y el contexto minero geológico que origina la mena que se extrae del yacimiento materia de este estudio.
1.1 LA UNIDAD MINERA ARASI.
La Unidad Minera Arasi, se dedica a la explotación de un yacimiento aurífero usando la explotación a tajo abierto, y para la extracción del metal valioso emplea el sistema de lixiviación en pila (o pads) y luego se realiza la recuperación del oro en una planta Merrill Crowe.
“El proyecto se encuentra en la circunscripción político administrativa de distrito de Ocuvuri, provincia de Lampa, departamento de Puno, en las partes altas de las microcuencas de los riachuelos Azufrini y Huarucani, afluentes del
río Chacapalca. La ubicación central del proyecto presenta las siguientes coordenadas UTM promedio: 301,000 E y 8’314,000 N a una altitud comprendida entre 4,500 y 5,100 msnm. El área de influencia del componente social del proyecto está conformada por la circunscripción distrital del municipio de Ocuviri, ubicado en la provincia de Lampa, y comprende al pueblo de Ocuviri (capital del distrito) y a las comunidades campesinas de Jatun Ayllu y Vilcamarca. Como área de impacto indirecto se considera a la provincia de Lampa, en razón de ser la unidad político administrativa inmediatamente superior al ámbito distrital de Ocuviri.”
“”El acceso al área del proyecto es por vía terrestre, contándose con 2 vías.
La primera (de carácter temporal) es a partir de la cuidad de Juliaca. El otro acceso que tendrá carácter permanente, es a partir de la ciudad de Arequipa en dirección a Cusco – Puno siguiendo la carretera afirmada que va a Tintaya.”
“Los derechos mineros que involucran el área del proyecto pertenecen
íntegramente a Arasi SAC mediante contrato de cesión. Las propiedades superficiales han sido adquiridas en su totalidad por el proyecto en una extensión que cubre el proyecto y alrededores.”
“Se han calculado un total de 23’152,095 t de mineral extraíble con ley promedio
de 0.70 g/t de Au. La producción está programada en 20,000 t/día de mineral, con una vida de la mina de 5 años aproximadamente.”
Breve Historia
“El Proyecto fue explorado inicialmente durante los años 2000 y 2004 por la
empresa Anglogold Ashanti Exploration Perú S.A.C. (Anglogold), para luego ser adquirido por RILLO SAC (Rillo) quien ha celebrado una cesión minera con Arasi para que se haga cargo del desarrollo de dicho proyecto. Continuadas las exploraciones se determinó la factibilidad de desarrollar el proyecto minero para explotar el yacimiento respectivo.”
“Cabe mencionar que en el año 2002 Anglogold encargó a la empresa Golder
Associates Perú S.A. (Golder), la elaboración de la Evaluación Ambiental del Proyecto “La Rescatada – Huarucani”, ahora proyecto Arasi.”
Clima
“Las precipitaciones pluviales son marcadamente estacionales, presentándose durante los meses de verano, período en el cual ocurre más de 75% de la precipitación total anual. A nivel anual la precipitación promedio asciende a 703.2 mm. El valor máximo de la precipitación asciende a 1012.5 mm/año, mientras que el mínimo asciende a 362.7 mm/año.”
“Las temperaturas presentan una fuerte variación entre el día y la noche, siendo más notorio durante los meses de invierno. La temperaturas media
mensual fluctúan entre 2.9 y 9.3 ºC; la máxima media mensuales ascienden hasta 11.3 ºC, mientras que las mínima media mensual desciende a 1ºC, que se presenta en el mes de junio. Con frecuencia, durante las noches la temperatura desciende por debajo de 0°C.”
“La humedad relativa tiene un bajo valor, característico de la zona andina;
los meses de otoño e invierno son los que menor humedad reportan. La evaporación está influenciada por la alta radiación y los fuertes vientos que se presentan principalmente en las horas de la tarde.”
Geología
“Geológicamente, el yacimiento está enmarcado en una secuencia de rocas
volcánicas del terciario. Este yacimiento contiene oro diseminado; la ubicación geológica regional del área de estudio corresponde a la geología del Altiplano Peruano del departamento de Puno, en la cuenca del río Ramis, afluente del Lago Titicaca; en la vertiente oriental de la Cordillera Occidental de los Andes.”
“Regionalmente está constituida por la Cordillera volcánica, formada por
picos, conos volcánicos y derrames lávicos; predominantemente de edad terciaria. Esporádicamente se encuentran afloramientos de formaciones estratigráficas de edad Cretácea. En el área de la mina solamente se encuentran rocas volcánicas y depósitos cuaternarios.”
“En general el vulcanismo presenta tres fases de actividad, relacionadas con los Grupos Tacaza (Oligoceno Superior-Mioceno Inferior), Sillapaca (Mioceno
Medio) y Barroso (Mioceno Superior-Plioceno). Las últimas fases volcánicas produjeron erupciones ignimbríticas.”
Se han diferenciado las siguientes formaciones y unidades litológicas:
Formación Palca:
“Ignimbrita Palca: Es la base de toda la columna estratigráfica; es una roca
piroclástica que se caracteriza por presentar clastos polimícticos gruesos angulares. La matriz es rosada a blanquecina, débilmente silicificada, con presencia de biotita y fenos de plagiocasas.”
“Clásticos Palca: Material clástico que se caracteriza por presentar líticos de
tamaño fino a medio de textura sandstone. La matriz es de coloración marrón rojizo y generalmente se le encuentra fresco. Nivel delgado de 10 m de potencia.”
“Andesita Palca: Es una secuencia delgada andesítica de coloración gris
oscuro que se caracteriza por presentar vesículas orientadas, finas plagiocasas aciculares.”
“Clásticos Chacapalca: Suprayaciendo a la Andesita Palca y se caracteriza por presentar clastos subredondeados clasificados y en una matriz verdosa.
Se observa esta secuencia al Este del cerro Ajanani.”
Formación Sillapaca:
“Volcanoclásticos Rescatada: Secuencia delgada (10 m) de material clástico
fino bandeado dentro de un ambiente sandstone. Se observan playas de pirita orientados según el bandeamiento de la roca.”
“Lava Rescatada: Se caracteriza por presentar flow banding, textura vesicular,
plagioclasas orientadas y presentan matriz marrón rojiza. El espesor en la zona de Valle puede llegar a 40 m de potencia.”
“Volcanoclásticos Lamparasi: Esta sub-unidad se caracteriza por presentar
niveles clásticos intercalados con niveles de tufo lapilli presentando una matriz de textura sandstone. Brechas muy locales se aprecian en este horizonte. Este nivel se encuentra alterado en el área del Valle y presenta espesores de hasta 80 m.”
“Lava Lamparasi: Es una gruesa secuencia andesítica que no presenta flow
banding y es localmente vesicular. Es de matriz grisácea y presenta fenos de plagioclasas que gradan a granos gruesos al tope. Este nivel puede llegar a tener 300 m de espesor y se ubica sobre los 5000 m de altura. Se observa al NE del área de Valle.”
Alteración
“El área de Valle se encuentra fuertemente silicificado predominando la sílice granular, debido a la matriz sandstone de la roca.”
“Es muy probable de que el centro del sistema se encuentre al Este de Valle,
en el cerro Quimsachota. En los taladros perforados en esta zona se observan ascensos de canales silíceos brechados que llegaron hasta las partes altas del cerro. Los cuales llegaron a diseminar mineral en el nivel permeable de los Volcanoclásticos Lamparasi (entre las cotas 4600 y 4800 msnm), extendiéndose este mineral hasta la zona de Valle a través del control estructural W-E.”
“En conclusión, en el área de Valle se encuentra expuesto el nivel clástico Lamparasi, alterado, oxidado y posteriormente erosionado.”
Geología Estructural
Estructuralmente Arasi se encuentra en la intersección de dos principales lineamientos regionales: el NNO paralelo al rumbo andino y el lineamiento N80ºE, proveniente de los flancos occidentales.
La parte central del área de Valle está controlado por un sistema de fracturas N80ºE, el cual sería el trend principal de la mineralización proveniente del cerro Quimsachota. Esta orientación se observa desde el cerro Ajanani. La parte Norte está controlada además por estructuras N60ºE. Esta zona se encuentra atravesada por fallas controladas por quebradas y zonas depresivas.
Geomorfología.- Regionalmente en el área de estudio se circunscribe sobre las unidades geomorfológicas denominadas zona de la meseta del Collao o Altiplano, desarrollado sobre los 3,810 msnm; interrumpido por la fosa tectónica
que ocupa el lago Titicaca y la zona de cumbres que flanquean la meseta, las cuales se elevan hasta los 6,384 msnm.
“La evolución geomorfológica de la región esta ligada al levantamiento andino,
el cual expone rocas del mesozoico. La tectónica y la acción climática, esencialmente glaciar, han contribuido a configurar la expresión topográfica.”
Tipo de Mineral y Reservas
Tipo de mineral.- Mineral diseminado metálico con contenido de oro y plata.
“Reserva de Mineral.- Se han calculado un total de 23’152,095 TM de Mineral
extraíble con ley promedio de 0.71 g/TM de Au y 23’400,626 TM de desmonte, que serán llevados al botadero. La relación Desmonte a Mineral es de 1.01; con el Modelo geológico de la información resultado del logueo de los taladros perforados en las campañas de Perforación Diamantina. El Modelo de Alteraciones, Modelo de Litología, Modelo de Oxidos/Sulfuros y Modelo del Cuerpo del Oro.”
“Para calcular las Reservas Probadas y probables se ha diseñado los Pits
Finales con la información a la fecha y en base al Pit Optimo generado por el software Minesight, método de Lerchs-Grossmann en el cual se ingresó los parámetros técnicos y económicos.”
Las características de Pit final son:
- Angulo de Talud Final del Pit : 45°
- Altura de banco : 8 m
- Ancho de Banco : 8.54 m
- Angulo Talud Operacional : 65°
- Ancho de Carretera : 12 m
- Operación a Doble Banco
- Distancia de acarreo hacia el Pad : Variable por Pits - Distancia de acarreo hacia el Botadero: Variable por Pits
Consideramos que las reservas definitivas estarán sujetas todavía, a estudios mucho más detallados que incluyan al modelo Metalúrgico, Modelo con información de Taladros de producción y principalmente a la cotización del mineral; condicionado a los parámetros antes mencionados se irán analizando al momento de la extracción.
Suelos
“El paisaje muestra zonas de relieve plano a ondulado (0 – 15 %), así como
formaciones orogénicas con pendientes fuertemente inclinadas a empinadas (15 a más de 50 %). Se aprecian formaciones morrénicas, de origen mayormente volcánico. Los suelos se encuentran en gran parte cubiertos con ceniza volcánica, sin vegetación, que es más apreciable en las áreas aluviales dominadas por los cursos de agua. Una gran extensión del área es desértica, observándose afloramientos líticos, cascajo y suelos cuyas capas superficiales, de textura media a moderadamente gruesa. Los suelos suelen ser arrastrados por los deshielos que suceden en la zona, que no es ajena a los fenómenos de la desglaciación, que caracteriza a la etapa de calentamiento terráqueo.”
“Las condiciones climáticas imperantes en el área son extremadamente
rigurosas, y limitan al máximo cualquier actividad de tipo agrícola y, en menor grado, las de tipo pecuario, como es el caso del pastoreo. De acuerdo a su Capacidad de Uso Mayor, se puede decir que el 50 % de los suelos del área son de protección, es decir, inapropiados para fines agrícolas y pecuarios.”
Hidrología
“El ámbito de estudio está ubicado en las nacientes de la cuenca del río
Ramis. En este espacio lo conforman los ríos Azufrini y Huarucani, así como al río Pataqueña-Chacapalca, que es el receptor de los caudales de los ríos Azufrini y Huarucani; y las múltiples quebradas muy pequeñas que se ubican a ambas márgenes del río Pataqueña-Chacapalca.”
“La mayoría de las quebradas tienen sus nacientes a altitudes que sobre
pasan los 4,800 msnm. Es un lugar caracterizado por la formación tundra y nival, donde se presentan nevados temporales; los mismos que aportan mayores cantidades de agua a los cauces de las quebradas, principalmente debido a los deshielos y filtraciones que afloran no sólo por el fondo del cauce, sino también por los ojos de agua en las laderas de los cerros.”
“Las aguas subterráneas tienen un estado dinámico, ya que se observan
ciertos afloramientos en las laderas de los cerros. Por la cantidad de agua que afloran, es previsible que el origen de estas aguas sean de las filtraciones, que en gran parte proviene de los deshielos de las zonas cubiertas con nieve temporal que se forman eventualmente en los picos de los cerros, y además de
las precipitaciones estacionales que ocurren en los meses de diciembre a abril.
La formación geológica y geomorfológica, así como las morenas existentes, permite inferir el movimiento de las aguas infiltradas por debajo de las superficies de los cerros.”
CAPITULO II
FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
La formulación de la investigación que es presentada en este capítulo, es referida a la metodología científica, con la cual identificamos la necesidad de realizar el estudio, el cual se inicia con el planteamiento del problema, luego los objetivos, planteamiento de las hipótesis y finalmente la especificación de las variables a investigar.
2.1 EL PROBLEMA
a) Planteamiento del problema
El desarrollo social y económico de nuestro país, en la actualidad es dependiente del sector minero, y dentro de este sector la explotación de los yacimientos auríferos es uno de los más importantes. La metalurgia extractiva del oro, es caracterizada por la aplicación de métodos gravimétricos e hidrometalúrgicos fundamentalmente.
En la hidrometalurgia del oro, la cianuración ha sido la técnica predominante de lixiviación de oro desde que fue presentada por primera vez por John Stewart MacArthur en la década de 1880, debido a su proceso simple y bajo costo. Sin embargo, desafortunadamente, el cianuro es altamente tóxico, y han sucedido algunos accidentes ambientales graves en todo el mundo causados por derrames de cianuro de las plantas de extracción metalúrgicas. Debido a las preocupaciones ambientales, la lixiviación con cianuro ha sido prohibida en muchas regiones en la actualidad. Además, el período de lixiviación de la cianuración suele ser de hasta 24 h y el oro no se puede lixiviar eficazmente de los minerales de oro refractarios. Por lo tanto, los sistemas de lixiviación alternativos para el oro han recibido más y más atención en los últimos años. Entre esos sistemas de lixiviación, el cloruro, la tiourea y el tiosulfato han recibido la mayor atención. El desarrollo de la lixiviación de cloruros se ve obstaculizado principalmente por su entorno de trabajo peligroso, la baja selectividad de la reacción y los altos requisitos para la protección contra la corrosión de los equipos. El futuro de la lixiviación con tiourea no es atractivo porque el consumo y el precio de la tiourea son altos y, además, es un carcinógeno sospechoso. La lixiviación de tiosulfato es ampliamente considerada como el método alternativo más prometedor debido a su reducido riesgo ambiental, alta selectividad de reacción, baja corrosividad de la solución de lixiviación, reactivos baratos, etc.
Las performances de los procesos van a ser influenciadas por las variables operativas que gobiernan a los mismos. La caracterización mineralógica de las menas es determinante en el comportamiento de los procesos extractivos. Las ocurrencias geológicas de los yacimientos en nuestro país, son muy diversos, en especial los que tienen origen ígneo, ya que estos generalmente están acompañados de minerales sulfurados.
La problemática que planteamos en este proyecto de tesis, es estudiar la presencia de la galena, y determinar cómo afecta en el proceso de disolución del oro cuando se emplea como disolvente al tiosulfato.
Por lo tanto, nos planteamos la siguiente cuestión:
b) Formulación del problema General
¿Cuál es el efecto de la presencia de minerales sulfurados como la galena en el proceso de lixiviación tiosulfatizante del oro en la Unidad Minera Arasi?
Específicos
a) ¿Cómo afecta la presencia de otros constituyentes metálicos en el proceso de disolución del oro con el tiosulfato?
b) ¿Cuál es el mecanismo químico que influye en el comportamiento de las especies involucradas en la lixiviación tiosulfatizante del oro?
2.2 OBJETIVOS
2.2.1 Objetivo General
Determinar el efecto de la presencia de minerales sulfurados como la galena en el proceso de lixiviación tiosulfatizante del oro en la Unidad Minera Arasi.
2.2.2 Objetivos Específicos
a) Determinar el efecto de la presencia de otros constituyentes metálicos en el proceso de disolución del oro con el tiosulfato.
b) Determinar el efecto del mecanismo químico que influye en el comportamiento de las especies involucradas en la lixiviación tiosulfatizante del oro.
2.3 JUSTIFICACIÓN
La realización de este trabajo de investigación se justifica por las siguientes razones:
a) En nuestro país existen muchos yacimientos auríferos cuyas características mineralógicas, especialmente cuando la presencia de sulfuros metálicos es evidente, requieren de adecuar tecnologías en las cuales se requieran mejorar sus procesos, para evitar problemas inherentes a las interacciones negativas que puedan perjudicar en sus performances metalúrgicas. Este es el caso de la Unidad Minera Arasi,
donde sus características geológicas hacen necesario la realización de este tipo de estudios.
b) El desarrollo económico social de las regiones del interior de nuestro país, donde se desarrollan actividades extractivas, hace necesario que se implementen y desarrollen en las universidades del interior, actividades de investigación que deben de ser promovidas e impulsadas tanto por los docentes y estudiantes de las mismas.
2.4 PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS
2.4.1 General
La presencia de minerales sulfurados como la galena influye negativamente en el proceso de lixiviación tiosulfatizante del oro en la Unidad Minera Arasi.
2.4.2 Específicos
a) La presencia del ion cobre influye en el proceso de disolución del oro, al formarse compuestos sobre la superficie del mineral que pueden inhibir dicho proceso.
b) El efecto que producen otras especies en el proceso de disolución del oro, es que modifican las características termodinámicas de los
compuestos producidos, formando capas inhibidoras en la superficie del mineral.
2.5 VARIABLES.
Variables Independientes:
Contenido de galena
Contenido de cuarzo
Tiempo de lixiviación
Variable Dependiente:
Consumo de tiosulfato
Disolución de oro
Potencial mixto
CAPITULO III MARCO TEÓRICO
“El marco teórico, referido en este tercer capítulo, expone algunos conceptos
que hemos considerado necesario estudiarlos desde el punto de vista teórico, analizando la problemática planteada; esta teoría nos servirá para proponer la hipótesis, deducir las variables y luego operativizarlas, para su desarrollo experimental.”
2.1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Futuro de la Economía del Oro y Plata en el Perú
El futuro y perspectivas de la minería en nuestro país, es en parte dependiente de la producción de minerales como el oro y la plata.
De acuerdo a la Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía (SNMPE), nuestro país fortalecerá su posición como uno de los cinco
principales países productores de oro y plata en el mundo si aprovecha al máximo las reservas de estos dos metales identificadas en el territorio nacional.
La SNMPE (organización sin fines de lucro formada por las principales compañías mineras y de energía que operan en Perú) indica que el país es actualmente el principal productor de oro en América Latina y el sexto a nivel mundial con una producción anual de 153 t; y que, según estudios realizados por el Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico del Perú (INGEMMET), sus reservas de este metal precioso se estiman en 244 millones de onzas finas (6.915 t).
Esta organización indica que, las principales naciones productoras de oro son China, Australia, Rusia, Estados Unidos, Canadá y Perú.
En cuanto a la plata, Perú es el segundo mayor productor en América Latina y en el mundo, con una producción anual de más de 4,375 t. Las reservas de plata se estiman, según el INGEMMET, en 8,604 millones de onzas (243,000 t), explicó la SNMPE.
Luego de mencionar que los principales productores de plata en el mundo son México, Perú y China, SNMPE dijo que "la perspectiva mejorada de los precios de los metales es un incentivo para convertir el gran potencial de oro y plata en una realidad tangible, pero los peruanos deben trabajar juntos para
lograr las condiciones que permitirán el desarrollo competitivo de la minería en el Perú ".
Geología Regional del Oro en el Perú
El Perú es el principal país productor de oro en América Latina, y proporciona el 6% del presupuesto global de explotación aurífera (US Geological Survey, 2013). La importancia del oro peruano proviene principalmente de sus depósitos epitermales de Au-Ag de clase mundial, que se encuentran en la región norte, incluyendo Yanacocha (~ 12 Ma), Lagunas Norte, La Virgen, Quiruvilca, Sipán y Pierina (~ 14.5 Ma) Estos depósitos se caracterizan por rocas sedimentarias y volcánicas hospedadoras ubicadas en cinturones metalogenéticos del Mioceno-Plioceno en la Cordillera de los Andes (Quispe et al., 2008; Carlotto et al., 2009; Fig. 1A).
Por el contrario, la región sur del Perú ha sido conocida por sus depósitos epitermales Au-Ag (± metales básicos), que son de tamaño pequeño y mediano, con un predominio de depósitos de sulfuración de bajo a intermedio.
Los ejemplos incluyen el Caylloma (~ 18 Ma, Echavarria y otros, 2006), Orcopampa (~ 18 Ma, Gibson y otros, 1990, 1995), Selene (~ 14 Ma, Acosta y otros, 2008), Shila, Paula (~ 11-10 Ma, Chauvet et al., 2006), y Arcata (~ 5.4 Ma, Candiotti et al., 1990; Carlotto et al., 2009) depósitos (Fig. 1B). Además, se encuentran depósitos de alta sulfuración en esta región, incluidos Poracota, Baños del Índio, Santa Rosa (~ 7 Ma) y Tucari (~ 4 Ma, distrito de Aruntani).
En estos depósitos, la mineralización generalmente está relacionada con rocas volcánicas del Grupo Barroso (Mioceno-Plioceno), con ocurrencias menores asociadas con rocas félsicas intrusivas (Loayza et al., 2004, Fig. 1B). Los depósitos epitermales en el sur del Perú fueron controlados regionalmente por el sistema de falla Condoroma-Caylloma, que separa los dominios geotectónicos Abancay-Condoroma (noreste) y Puquio-Caylloma-Incapuquio (suroeste) (Acosta et al., 2008; Figs. 1B, 2 )
Uno de los principales objetivos actuales de exploración mineral en el sur de Perú es el depósito epidérmico de Au-Cu-Ag de Canahuire, el mayor descubrimiento en la región peruana en la última década. Este depósito se caracteriza por vectores de exploración mineral que difieren de otros depósitos en la región, como las rocas huésped de brechas carbonatadas y freáticas y freatomagmáticas, que están controladas por sistemas de fallas orientadas principalmente en las direcciones NW-SE y WNW-ESE. Además, el conjunto de minerales de alteración hidrotérmica en Canahuire difiere de los conjuntos asociados con otros depósitos epitermales en la región, que están alojados por rocas volcánicas intermedias y ácidas (Santos et al., 2011). El depósito de Canahuire y el pórfido de Caspiche Cu-Au (Chile), oro de pórfido de La Colosa (Colombia), oro epitermal de alta sulfuración de Lagunas Norte (Perú) y depósitos de oro epitermal de sulfuración intermedia de Fruta del Norte (Ecuador) constituyen los principales hallazgos minerales en principios del
siglo XXI en América del Sur. Cada uno tiene más de 5 Moz de oro (Vidal, 2012).
Clasificación de los minerales auríferos
Oraby (2009) clasifica los minerales de oro en siete categorías como se presenta a continuación:
1. Minerales de molienda libre: de los cuales la cianuración puede extraer el 95% del oro cuando el mineral se muele a un tamaño de 80% por debajo de 75 μm. Por ejemplo, palaeoplacer y cuarzo oro veta son las dos clases principales de minerales de molienda libre.
2. Minerales oxidados: el material del mineral está en forma oxidada en estos minerales. El grado de liberación de oro aumenta con el grado de oxidación. Por ejemplo, los minerales oxidados más comunes son los óxidos de hierro, como la hematita, la magnetita, la goetita y la limonita.
3. Sulfuros de hierro: estos sulfuros dificultan la liberación de oro en la lixiviación. El comportamiento de los sulfuros de hierro afecta la selección del proceso y las condiciones de operación. La pirita, pirrotita y marcasita son los minerales de sulfuro de hierro más comunes.
4. Sulfuros de arsénico: si el oro está asociado con el sulfuro de arsénico, pertenece a esta clase. Los sulfuros de arsénico como la arsenopirita tienen un efecto negativo en la lixiviación del oro.
5. Sulfuros de cobre: los minerales que contienen oro asociado con los minerales de sulfuro de cobre pertenecen a esta clase. La calcopirita y la
calcosita son los principales minerales de cobre y tienen un efecto perjudicial en la lixiviación del oro.
6. Telururos: estos son minerales de oro que tienen importancia económica como el oro metálico y las aleaciones de oro y plata. Los telururos más importantes son la calverita, petzita, hessita, krennerita y maldonita.
7. Minerales carbonáceos: son minerales de oro que contienen componentes carbonosos. Absorben el oro disuelto durante la cianuración y, por lo tanto, reducen la extracción de oro. Se requieren métodos de tratamiento previo oxidativo antes de la lixiviación con cianuro.
Según Grosse et al. (2003) en la mayoría de los minerales refractarios, la cianuración es incapaz de lixiviar cantidades significativas de oro sin consumir cantidades excesivas de reactivos. El tiosulfato es un lixiviante más eficaz de los minerales con alto contenido de cobre y alto contenido de cobre que el cianuro porque la lixiviación amoniacal del tiosulfato es menos sensible que la cianuración a la contaminación por cationes no deseados.
Hidrometalurgia del Oro Lixiviación por Cianuración
“La cianuración del oro es el principal proceso de lixiviación del oro y se
ha utilizado durante más de un siglo. El cianuro es un costo relativamente bajo y lixiviante efectivo para la disolución del oro; El oro se disuelve en una solución muy diluida de cianuro de sodio (NaCN). La principal preocupación de la cianuración es su alta toxicidad.”
“Las sales de cianuro, como el cianuro de sodio, el cianuro de potasio (KCN)
y el cianuro de calcio [Ca(CN2)] se utilizan como fuentes de cianuro en la lixiviación. Las sales de cianuro se disuelven en agua y forman catión metálico e iones de cianuro libres (CN-) como se presenta en la ecuación. (1):”
NaCN Na+ + CN- (1)
“Los iones de cianuro se hidrolizan en agua y forman cianuro de
hidrógeno (HCN) e iones hidroxilo (OH-). En una solución alcalina a un pH de aproximadamente 9.3, el cianuro existe tanto como cianuro de hidrógeno como iones de cianuro libre, la mitad como cianuro de hidrógeno y la mitad como iones de cianuro libre. Un pH más alto que 9.3 aumenta la cantidad de cianuro libre en solución. El cianuro de hidrógeno y el cianuro libre se pueden oxidar con oxígeno para formar un cianato no deseado (CNO-) que no disuelve el oro y, por lo tanto, reduce la concentración de cianuro libre.”
CN- + H2O HCN + OH- (2) 4HCN + 3O2 4CNO- + 2H2O (3) 3CN- + 2O2 + H2O 3CNO- + 2OH- (4) Disolución del oro
“La disolución del oro es un proceso de oxidación-reducción en el que el
ion cianuro forma un complejo fuerte con el ion Au+. El ion complejo estable es [Au (CN)2-]. La reacción general, donde se reduce el oxígeno y se forma el peróxido de hidrógeno para ser el agente oxidante en la segunda etapa, se presenta en la ecuación (5):”
2Au + 4CN- + O2 + H2O → 2Au(CN)2- + H2O2 + 2OH- (5) 2Au + 4CN- + H2O2 → 2Au(CN)2- + 2OH- (6) La suma de estas dos ecuaciones se presenta en la ecuación (7):
4Au + 8CN- + O2 + 2H2O → 4Au(CN)2- + 4OH- (7)
Consumo de cianuro
“Como se muestra en las ecuaciones de reacción anteriores, por cada
mol de metal disuelto, se consumen 2 moles de cianuro y por cada 2 moles de metal disuelto, se consume 1 mol de oxígeno. De acuerdo con esta estequiometría, 1 mol de oxígeno y 4 moles de NaCN deben estar presentes en solución. A temperatura ambiente y presión atmosférica, se disuelven 8.2 mg de O2 en 1 litro de agua. Esto corresponde a la concentración de oxígeno a 0.27 x 10-3 mol/L. En consecuencia, la disolución de oro debe ocurrir a una concentración de NaCN igual a 4 x 0.27 x 10-3 x 49 = 0.05 g/L ó 0.005%. El oro se disuelve en soluciones muy diluidas de cianuro de sodio.”
“La velocidad de disolución del oro crece linealmente al aumentar la concentración de cianuro hasta que se alcanza un máximo. El aumento de cianuro no tiene efecto una vez alcanzado el máximo.”
Efecto de la concentración de cianuro sobre la velocidad de disolución del oro en una solución saturada de aire.
“Si se agrega el exceso de cianuro mientras el contenido de oxígeno de
la solución está por debajo del valor teórico, este exceso de cianuro se desperdicia. Se informa que un alto nivel de pH da como resultado un menor consumo de cianuro como se muestra en la siguiente figura.”
Efecto del pH en el consumo de cianuro.
“En la lixiviación por agitación, el consumo de cianuro varía típicamente
para los minerales de molienda libres de aproximadamente 0.25 a 0.75 kg/t y si hay minerales que consumen cianuro, entonces el consumo de cianuro varía de aproximadamente 1 a 2 kg/t. En lixiviación en pilas, el consumo de cianuro es menor que en la lixiviación por agitación. Para minerales no refractarios, el consumo de cianuro generalmente varía de 0.1 a 0.5 kg/t. La lixiviación intensiva por cianuración consume la mayor cantidad de cianuro de estas tres técnicas de lixiviación. El consumo de cianuro en esta lixiviación intensiva varía de 5 a 25 kg/t.”
Consumo de cianuro en reacciones competitivas
También otros minerales y elementos además del oro se disuelven en solución de cianuro alcalino. Por lo general, estas reacciones competitivas consumen cianuro y, por lo tanto, reducen la eficiencia de la lixiviación de oro.
Por ejemplo, los sulfuros de hierro y cobre en solución tienen efectos nocivos porque también se disuelven y producen complejos de cianuro metálico y especies que contienen azufre que consumen cianuro y oxígeno.
Por ejemplo, el sulfuro de hierro más reactivo, la pirrotita, reacciona con el cianuro en una solución de cianuro alcalino y forma tiocianato como se presenta en la ecuación (8):
Fe7S8 + CN- 7FeS + SCN- (8) y la oxidación adicional produce cianuro de Fe (III)
2FeS + 12CN- + 5O2 + 2H2O 2Fe[CN]64- + 2SO42- + 4OH- (9) El complejo Fe[CN]64- es estable en el rango de pH que se usa en la cianuración.
También los minerales de cobre, como la calcocita (Cu2S) y la cuprita (Cu2O) tienen una alta solubilidad en la solución de cianuro, mientras que la calcopirita (CuFeS2) tiene una menor solubilidad. La calcocita y la cuprita consumen cianuro y oxígeno menos que el sulfuro, pero las especies formadas pueden afectar las reacciones de precipitación y la eficiencia general del proceso. Los métodos de pretratamiento, como la pre-aireación, la oxidación a presión y el tostado, son beneficiosos antes de la cianuración para reducir el
consumo de cianuro y oxígeno En un trabajo de investigación se informa que la preoxidación de pirita que contiene mineral de oro aumentó la recuperación de oro del 20% al 70%. Al mismo tiempo, el consumo de cianuro disminuyó de 2.5 kg/t de mineral a 1.5 kg/t de mineral. También se informa que la molienda demasiado fina del mineral aumenta el consumo de cianuro y no mejora la extracción de oro.
Lixiviación con Tiosulfato
La lixiviación con tiosulfato se propuso por primera vez como parte del proceso de Von Patera, donde la lixiviación se implementó después de la tostación con cloro. En la etapa inicial de la lixiviación con tiosulfato, se requirieron altas temperaturas y presión hasta que se realizó una mejora mediante el uso de una solución de tiosulfato amoniacal para lixiviar los minerales de sulfuro que contienen cobre a temperatura ambiente. A partir de ese momento, comenzaron a prevalecer los estudios sobre la lixiviación de tiosulfato catalizada por amoniaco-cúprico a temperatura ambiente. Hasta ahora, ha habido una gran cantidad de literatura publicada en este campo sobre los efectos de los tipos de mineral y las condiciones de reacción. Sin embargo, la aplicación comercial exitosa de lixiviación de tiosulfato es casi inexistente, excepto que Barrick Gold Corporation (Elko, NV, EE. UU.) La está utilizando en su depósito Goldstrike con el pretratamiento de la oxidación a presión ácida o alcalina. El mineral de oro carbonoso en el depósito Goldstrike no puede ser lixiviado eficientemente por cianuración debido al fenómeno
tiosulfato debido a la muy débil afinidad de la sustancia carbonacea por el complejo de tiosulfato de oro. Esto también conduce al problema de que el oro disuelto en la solución de tiosulfato no puede recuperarse de manera efectiva mediante la adsorción de carbón activo, que es la técnica dominante utilizada para la solución de cianuro cargada. El oro disuelto en el depósito Goldstrike se recupera mediante un proceso de lixiviación - resina, y la resina cargada se eluye con un proceso complejo de dos etapas. Según la literatura, los consumos de tiosulfato en diferentes estudios suelen ser superiores a 25 kg / t-mineral durante la lixiviación y el oro disuelto no se puede recuperar de manera efectiva mediante las técnicas simples de adsorción y cementación de carbón activo que se utilizan ampliamente en cianuración, que hacen que la competitividad comercial de la lixiviación de tiosulfato sea débil. Por lo tanto, la aplicación industrial de este método alternativo es aún rara hasta ahora.
Desarrollo del proceso del tiosulfato -oro
El tiosulfato forma complejos con muchos iones metálicos. Estas propiedades del tiosulfato están relacionadas con el átomo de azufre similar al sulfuro. Como se muestra en la siguiente tabla, el ion Au (I) forma un complejo fuerte con el tiosulfato, que es más estable que la tiourea y los complejos de tiocianato.
Tabla 1: Constantes de estabilidad del complejo Au(I)
Ligando Log K
Cianuro 38.3
Tiocianato 17.0
Tiourea 23.3
Amonio 26.0
Tiosulfato 28.0
Debido a la alta toxicidad del cianuro, se han buscado buenas alternativas al cianuro. Una alternativa seriamente tomada es un tiosulfato no tóxico (S2O32-). El tiosulfato también es cinética y ambientalmente una de las alternativas más prometedoras al cianuro. El sodio y el tiosulfato de amonio son las dos principales fuentes comerciales de tiosulfato. Son las formas de sal de tiosulfato más comunes que se utilizan en la investigación sobre la lixiviación de oro con tiosulfato.
El oro forma un complejo estable con tiosulfato en una solución acuosa, como se muestra en la ecuación (10):
Au + 2S2O32- → Au(S2O3)23- + - (10)
En la solución de tiosulfato alcalino donde el oxígeno es un oxidante, la reacción rédox compleja se muestra en la ecuación (11).
4Au + 8S2O32- + O2 + H2O → 4Au(S2O3)23- + 4OH- (11)
La lixiviación de oro en tiosulfato en presencia de oxígeno necesita un catalizador adecuado porque, de lo contrario, la lixiviación es muy lenta. Un catalizador muy eficiente es el cobre (II) que se usa con amoníaco que estabiliza el cobre (II) en solución como el complejo de tetraamina Cu (II) como se muestra en la ecuación. (12). Según unos investigadores, los iones de cobre en solución pueden acelerar la disolución del oro incluso 20 veces.
Cu2+ + 4NH3 → Cu(NH3)42+ (12)
El oro forma complejos estables no solo en soluciones de tiosulfato sino también en soluciones de amoníaco. Por lo tanto, en la solución de tiosulfato amoniacal, tanto el amoníaco como el tiosulfato pueden formar complejos con oro.
Au(S2O3)23- + 2NH3 → Au(NH3)2+ + 2S2O32- (13)
La química del sistema amoniacal de tiosulfato de cobre es compleja y el mecanismo exacto de la disolución del oro y la acción catalítica del Cu (II) no se conocen completamente. La reacción de disolución global del oro en la solución amoniacal de tiosulfato de cobre se presenta en la ecuación. (14):
Au + 5S2O32- + Cu(NH3)42+ → Au(S2O3)23- + 4NH3 + Cu(S2O3)35- (14)
La presencia de amoniaco es importante para estabilizar el Cu (II) en la solución como el ion tetraamina Cu (II). El mecanismo de la disolución del oro en el sistema amoniacal de tiosulfato de cobre se ilustra en la Figura 4.
Mecanismos de disolución esquemáticos en solución de tiosulfato de amonio en superficie de oro
Consumo de tiosulfato
A pesar de que la lixiviación con tiosulfato tiene un potencial en la lixiviación de oro, aún queda un problema importante y es un alto consumo de tiosulfato durante la lixiviación de oro. El consumo de reactivos es uno de los principales factores que afectan la viabilidad del proceso a la operación real.
El alto consumo de tiosulfato es causado principalmente por su descomposición en solución. El tiosulfato también se puede perder con los relaves por adsorción sobre los sólidos. Se han notificado pérdidas de hasta el 50% de tiosulfato en soluciones de tiosulfato amoniacal que contienen cobre.
En una investigación se estudió la influencia de la densidad de la pulpa en el consumo de tiosulfato. Se observó que cuando la densidad de la pulpa aumentó de 28.6% a 61.5%, el consumo de tiosulfato durante 24 horas se redujo de 77.9 a 17.4 kg / t.
En una investigación se estudió el efecto de algunos minerales asociados en la lixiviación de oro con tiosulfato. Utilizó muestras de mineral sintético que se habían preparado mezclando minerales de alta pureza específicos en un mineral de oro de cuarzo de molienda libre. En ausencia de minerales asociados, la lixiviación del mineral de oro y cuarzo con tiosulfato fue rápida.
Se informó que el 93% del oro se lixivió en 3 horas y se consumieron 7.1 kg / t de tiosulfato de amonio. Las condiciones de reactivo óptimas fueron:
La lixiviación de tiosulfato en presencia de óxidos de hierro, como la limonita, la magnetita y la hematita no tuvo un impacto significativo en el consumo de tiosulfato. La pirita, la pirrotita y la arsenopirita tienen efectos perjudiciales sobre la extracción de oro. Pirita y pirrotita aumentaron sustancialmente el consumo de tiosulfato. Bornita, calcocita y calcopirita también tienen efectos perjudiciales sobre la extracción de oro y dieron como resultado un mayor consumo de tiosulfato. La galena y el litargirio se disolvieron en solución de tiosulfato y la extracción de oro se redujo en gran medida en presencia de estos minerales. La galena redujo el consumo de tiosulfato, mientras que el litio aumentó.
Efecto de los minerales asociados sobre el consumo de tiosulfato de amonio (ATS), las barras amarillas representan los minerales no problemáticos y las barras llenas de puntos representan los minerales
problemáticos (Xia, 2008).
Cinética de lixiviación
En la lixiviación de oro con tiosulfato, las tasas de disolución de oro pueden ser más rápidas que en la cianuración convencional. Se ha informado de que en los tipos de mineral pregrobbing, el 73% del oro se extrajo en 4 horas mediante lixiviación con tiosulfato, mientras que la cianuración extrajo el oro solo el 10% en más de 24 horas. En el caso de la lixiviación con sulfuro de mineral, la lixiviación con tiosulfato requirió solo 1 hora para lograr un 90% de recuperación de oro, mientras que la cianuración requirió al menos 24 horas para extraer el 50% del oro.
Factores que afectan los fenómenos de lixiviación del oro con tiosulfato
Muchas variables afectan la lixiviación del tiosulfato y su cinética. Las variables más estudiadas son tiosulfato, cobre (II), amoníaco y concentración de oxígeno, velocidad de agitación, temperatura, pH y el efecto de las impurezas.
Efecto del tratamiento previo
Es importante pretratar un mineral refractario antes de lixiviar para lograr una mejor extracción de oro. Se informó que el tratamiento previo oxidativo del mineral de sulfuro de oro redujo el consumo de tiosulfato durante la lixiviación.
Efecto del tiosulfato
La concentración de tiosulfato es una variable importante ya que el aumento de la concentración de tiosulfato aumenta la velocidad de lixiviación de oro. Solo se reporta extracción de oro al 10% en ausencia de tiosulfato pero en presencia de sulfato de cobre y amoníaco. Una concentración demasiado baja de tiosulfato reduce la velocidad de lixiviación del oro debido a la oxidación del tiosulfato y la reducción de la amina de cobre (II) a tiosulfato de cobre (I). El rango de concentración de tiosulfato es de 0.05 a 2.0 M en estas investigaciones. Una concentración óptima de tiosulfato depende del tipo de mineral de oro.
Efecto del amoníaco
El amoníaco es un reactivo importante en la lixiviación de oro con tiosulfato. El amoníaco tiene dos funciones en la solución de tiosulfato.
Primero reacciona con el oro para formar Au(NH3)2+, que luego reacciona con S2O32+ para formar Au(S2O3)23- en la reacción anódica, como se muestra en la ecuación. (15):
Au(NH3)2+ + 2S2O32- = Au(S2O3)23- + 2NH3 (15)
En segundo lugar, el amoníaco estabiliza el ion cúprico al reaccionar con él para formar un complejo de amina cúprica. El complejo de amina cúprica es un agente oxidante fuerte.
Se reporta solo un 9% de recuperación de oro con tiosulfato en ausencia de amoníaco. Además, el amoníaco previene la pasivación del oro y la disolución de óxidos de hierro, sílice, silicatos y carbonatos, que son los minerales de ganga más comunes en los minerales de oro.
Efecto del cobre
El ion cobre (II) tiene un papel importante en la lixiviación de oro con tiosulfato, ya que actúa como oxidante para el oro y como catalizador. Los iones de cobre en solución pueden acelerar la disolución del oro 20 veces.
Se reporta solo el 34% de extracción de oro en ausencia de ion cúprico.
Cuando se añadió ion cúprico, se logró una extracción del 76%. El aumento de la concentración de cobre (II) mejora la cinética de disolución del oro, pero también tiene un efecto negativo en la oxidación del tiosulfato. En una investigación, la mejor cinética de lixiviación de oro se logró cuando la concentración de sulfato de cobre fue de 0.01 M.
Efecto del oxígeno
Se requiere oxígeno para convertir el cobre (I) en cobre (II) para una posterior lixiviación del oro. En ausencia de oxígeno, los iones de cobre (I) no pueden volver al estado de cobre (II). Esto causa la precipitación de sulfuro de cobre de la solución. El oxígeno oxida el tiosulfato, por lo tanto, la concentración de oxígeno debe controlarse en soluciones de tiosulfato para evitar la descomposición del tiosulfato. Se observa que la lixiviación con oro es muy lenta sin que se agregue oxígeno a la solución de lixiviación
y solo pequeñas cantidades de oxígeno pueden aumentar la velocidad de disolución del oro.
Efecto del pH
El pH correcto de las soluciones de tiosulfato es importante para garantizar la presencia y la estabilidad de los reactivos y las concentraciones en el sistema. El pH de la lixiviación con tiosulfato debe ser alcalino; El pH ha variado en diferentes estudios entre 8.5 y 12. A valores de pH bajos, el tiosulfato se descompone en componentes de azufre y politionato. El azufre puede cubrir la superficie del oro y, por lo tanto, detener el proceso de disolución del oro. La disolución del oro es muy pobre a pH 9.2 o superior a pH 12.0. Por debajo del pH 9, el complejo de triamina Cu (I) se vuelve prevaleciente y hace que las especies de cobre sean menos efectivas como catalizador. El valor de pH óptimo es 10.0 para una alta extracción de oro y un menor consumo de tiosulfato.
Efecto de la temperatura
La temperatura tiene un efecto significativo en la velocidad de un proceso de lixiviación cuando la reacción se controla químicamente como la lixiviación de oro con tiosulfato. Se informa que cuando la temperatura aumentó de 25 ° C a 35 ° C, la tasa de lixiviación de oro se duplicó. A altas temperaturas (55 ºC), casi el 95% del oro se lixivió en una hora. Cuando la temperatura aumenta, la volatilización del amoníaco también aumenta. Por lo tanto, la temperatura entre 30 ºC y 40 ºC en el sistema de tiosulfato se
requiere para lograr los mejores resultados de la disolución de oro y para minimizar las pérdidas de amoníaco y la reducción de cobre (II).
Efecto de la velocidad de agitación
En las reacciones controladas por difusión, la velocidad de agitación tiene efecto, mientras que en las reacciones controladas químicamente no lo tiene. Dado que la lixiviación de oro con tiosulfato no es una reacción de difusión controlada, sino una reacción química controlada, la velocidad de agitación no aumenta la velocidad de disolución del oro.
Efecto de la densidad de la pulpa
La densidad de la pulpa se define como el peso del mineral en kilogramos en el volumen de solución en litros. En un trabajo de investigación se indica, que la densidad de pulpa del 10% aumentó el porcentaje de oro extraído en comparación con el 25 y el 40%.
Efecto de las impurezas
El mineral de oro se asocia con varios minerales. Estos minerales actúan como impurezas en soluciones de lixiviación de tiosulfato. La mayoría de ellos reducen la velocidad de disolución del oro y aumentan la oxidación del tiosulfato, pero algunos pueden mejorar la velocidad de disolución del oro.
Efecto del sulfito, manganeso, azufre, plomo y zinc
El sulfito tiene un efecto positivo en la lixiviación de oro con tiosulfato.
El sulfito reduce sustancialmente el consumo de tiosulfato e inhibe la
descomposición del tiosulfato. Los iones sulfito libres regeneran el tiosulfato como se muestra en la ecuación (16).
SO32- + S° = S2O32- (16)
Una pequeña cantidad de dióxido de manganeso en la lixiviación con tiosulfato de minerales de oro que contienen sulfuro mejora tanto la cinética como la extracción de oro. La adición de dióxido de manganeso tuvo poco impacto en el consumo de tiosulfato.
Las especies de azufre tienen un efecto significativo en la lixiviación de oro con tiosulfato. Las especies de azufre aumentan la disolución del oro y reducen la descomposición del tiosulfato. Los iones plomo (II) y zinc (II) no tienen efecto sobre el consumo de tiosulfato, pero la presencia de estos iones muestra efectos beneficiosos sobre la disolución del oro.
Efecto de la hematita y la pirita.
La hematita reduce significativamente la disolución del oro. Puede deberse a recubrimientos que se forman hematites en las superficies de oro y que evitarían que la solución de lixiviación se difunda a la superficie de oro. La hematita también cataliza la descomposición oxidativa del tiosulfato en politionatos en presencia de oxígeno.
La pirita tiene un efecto perjudicial sobre la disolución del oro en soluciones de tiosulfato amoniacal. Se informa que la pirita tiene un efecto catalítico sobre la descomposición del tiosulfato.
2.2 ANÁLISIS DEL PROCESO PROPUESTO
Debido a las crecientes preocupaciones ambientales sobre la cianuración en la metalurgia extractiva del oro, se ha prestado mucha atención al estudio de alternativas a los lixiviantes sin cianuro para la lixiviación de oro. El tiosulfato, una de las alternativas más prometedoras al cianuro, ha sido reconocido como una alternativa lixiviante potencialmente viable porque es no tóxico y económico, y puede generar complejos de oro relativamente fuertes y lixiviar rápidamente minerales de oro cuando es catalizado por iones. Su aplicación industrial, sin embargo, todavía es rara en la actualidad. Los factores limitantes que dificultan el desarrollo y la aplicación de la tecnología son principalmente el alto consumo de tiosulfato y la pasivación del oro.
Dado que la lixiviación del oro se ha centrado cada vez más en minerales de oro complejos, la aplicación exitosa de la lixiviación con tiosulfato está determinada no solo por el comportamiento de disolución del oro, sino también por los impactos de los minerales asociados.
Comúnmente, la pirita, la arsenopirita, la esfalerita, la calcopirita y otros minerales de sulfuro de cobre pueden disolverse en diversos grados en soluciones de tiosulfato oxidante, especialmente cuando el amoníaco está en solución. La presencia de esos minerales asociados puede influir en la
estabilidad del tiosulfato, posiblemente a través de sus propiedades semiconductoras, y las disoluciones de los mismos retardan la cinética de lixiviación del oro al producir capas de pasivación en las superficies de oro.
Por lo tanto, el estudio de los efectos de los minerales asociados sobre la lixiviación con tiosulfato de oro es de gran importancia.
La presencia de pirita, arsenopirita y hematita podría disminuir significativamente la disolución del oro y catalizar la descomposición oxidante del tiosulfato en politionatos con oxígeno presente. Además, después de la lixiviación en soluciones de tiosulfato amoniacal, se demostró que se formó óxido de hierro en las superficies de calcopirita, pirrotita y pirita, mientras que se generó arsenato de hierro en la superficie de arsenopirita.
En presencia de pirita, la capa de pasivación que probablemente contenía azufre elemental, hidróxido de hierro (FeOOH), etc., en la superficie de oro probablemente fue responsable de impedir la lixiviación de oro con tiosulfato.
Asimismo, la capa de recubrimiento que probablemente consiste en Cu2S o Cu (S2O3)35-, azufre elemental, FeOOH y arsenato de hierro se detectó en la superficie de oro en soluciones de tiosulfato en presencia de arsenopirita.
Por lo tanto, la disolución del oro obviamente se ve obstaculizada debido a estas posibles capas de pasivación que cubren la superficie del oro.
Sin embargo, se han realizado pocos intentos para estudiar los efectos de la galena en la lixiviación de oro con tiosulfato, y los estudios anteriores se resumen en la Tabla 1.
Tabla 1 Efecto de la galena sobre la lixiviación del oro con tiosulfato en estudios previos Sistema de lixiviación Consumo de tiosulfato y mecanismos
relevante
Disolución de oro y mecanismo relevante
Referencia
Mineral de oro con cuarzo (Au 16.26 g/t), - 74 μm sobre 90%, 0.2 M (NH4)2S2O3, 1.2 mM CuSO4·5H2O, 0.9 M NH3·H2O, Aire, 210 rpm, 20~24ºC, El pH no fue ajustado durante el proceso de lixiviación.
Después de la lixiviación durante 3 h, el consumo de tiosulfato de amonio disminuyó de 7.3 kg / t a 3.2 kg/t agregando un 0.08%
de galena y aumentó ligeramente de 3.2 kg/t a 5.7 kg / t al aumentar aún más la adición de galena al 8.00%. El posible mecanismo es que una vez que el plomo se lixivió de la superficie de galena, el anión sulfuro reactivo en la superficie lixiviada se oxidó y produjo tiosulfato. Por lo tanto, el consumo global de tiosulfato se reduce.
La extracción de oro podría disminuirse del 90% a menos del 60% en 3 horas de lixiviación con tiosulfato en presencia de 0.05% de galena. Galena se disolvió en cierta medida y luego el plomo precipitó principalmente en forma de película de hidróxido de plomo sobre la superficie de oro y pasivó la extracción de oro.
Chen, 2008
Láminas de oro (pureza 99.99%, espesor 0.5 mm, alrededor de 0.20
cm2), 0.5 M
(NH4)2S2O3, 0.012 M CuSO4·5H2O, 2 M
La galena aceleró la descomposición del tiosulfato, y después de la lixiviación durante 24 h, la concentración de tiosulfato disminuyó de 0.5 M a alrededor de 0.46 ~ 0.47 M en presencia de 0.5 ~ 16 g/L de galena. La descomposición del tiosulfato
Después de la lixiviación durante 24 h, la galena provocó que la velocidad de disolución del oro se redujera a aproximadamente el 89.2% de la velocidad de disolución de oro estándar del sistema de suspensión
NH3·H2O, Aire, 400 rpm, 20±1ºC, pH 10.45
puede ser catalizada por galena debido a su fuerte afinidad por las especies de azufre
acuoso y sus propiedades
semiconductoras.
de cuarzo a la concentración de 2 g/L y que se redujera aún más a aproximadamente el 64.0% a la concentración de 16 g/L.
La descomposición acelerada del tiosulfato, el consumo de oxígeno disuelto y las capas pasivantes de los compuestos de plomo en las superficies de oro lixiviado asociadas con la disolución de galena podrían contribuir a retardar la disolución del oro.
Feng y van Deventer, 2003
Obviamente, la presencia de galena no fue favorable para la lixiviación con tiosulfato de oro, pero el mecanismo de efecto perjudicial de la galena sobre la lixiviación con tiosulfato de oro se estudió de manera inadecuada. Además, se demostró que la galena podría aumentar el consumo de tiosulfato durante la lixiviación de oro en soluciones de tiosulfato, pero el otro investigador obtuvo el resultado opuesto de que la presencia de galena redujo el consumo de tiosulfato.
Por lo tanto, los efectos de la galena sobre el consumo de tiosulfato son controvertidos y el mecanismo de efecto relevante no está claro. El objetivo de este trabajo es investigar el efecto de la galena sobre la lixiviación de oro con tiosulfato en un sistema de cobre-amoniaco-tiosulfato y el mecanismo de posible efecto principalmente por cálculo termodinámico, pruebas de lixiviación, análisis SEM-EDS y espectroscopía de fotones de rayos X (XPS).
CAPITULO IV
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN
La estructura metodológica empleada se basa en la implementación esquemática del método científico, que se inicia con el planteamiento del problema vinculado a la lixiviación con tiosulfato para minerales auríferos, permitiendo luego la objetivación del estudio, luego del análisis respectivo, se plantean las hipótesis, con las posibles soluciones respectivas; identificadas las variables de proceso, se desarrollan las estrategias de experimentación, se inicia con la identificación de la población y más adelante la toma de muestras, especificación de los equipos y reactivos a emplear, diseño y desarrollo experimental; luego del trabajo de laboratorio, se realiza la toma de datos y presentación de resultados, los cuales son discutidos finalmente.
