UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
TESIS
“LIXIVIACIÓN DE MINERALES DE ORO DE LA MINA GAPARINA CON TIOSULFATO: UNA ALTERNATIVA
ECOLÓGICA AL USO DEL CIANURO
Presentada por:
Bach. CARRIÓN CORNEJO, RAÚL WLADIMIR
Para optar el grado académico de:
MAESTRO EN GESTIÓN AMBIENTAL Y DESARROLLO SOSTENIBLE
Huancayo - Perú
2017
ASESOR
M Sc. CESAR PAUL ORTIZ JAHN
DEDICATORIA
A mi amada esposa y mis adorables hijas, mis padres y demás seres queridos por su constante apoyo.
Al asesor, magíster M Sc. CESAR PAUL ORTIZ JAHN, por su acertada y oportuna orientación metodológica para la realización de la presente investigación.
AGRADECIMIENTO
Gracias a Dios, por haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor. A todas las personas que directamente me impulsaron para llegar hasta este lugar, a todos mis familiares que me resulta muy difícil poder nombrarlos en tan poco espacio, sin embargo, ustedes saben quiénes son.
A los integrantes de la Universidad Nacional del Centro del Perú y en especial a los de la Unidad de Posgrado de la Facultad de Ciencias Forestales y del Ambiente, mención Gestión Ambiental y Desarrollo Sostenible que me dieron la oportunidad de formar parte de ellas y poderme darme una formación investigativa de calidad.
Gracias a mis maestros por su tiempo, por su apoyo, así como por la sabiduría que me transmitieron en el desarrollo de mi formación profesional, en especial, por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me han infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante.
ÍNDICE
DEDICATORIA... i
AGRADECIMIENTO ... ii
ÍNDICE ... iii
RESUMEN ... viii
ABSTRACT ... ix
INTRODUCCIÓN ... x
CAPÍTULO I ...1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...1
1.1 Generalidades de la unidad minera gaparina ... 1
1.1.1 Ubicación y acceso ... 2
1.1.2 Topografía ... 3
1.1.3 Clima y parámetros meteorológicos ... 3
1.1.4 Aspectos geológicos ... 4
1.1.5 Aspectos ambientales vinculados a la explotación minera metalúrgica del oro ... 6
1.1.6 Clasificación de los impactos ambientales ... 8
1.1.7 El impacto ambiental: evaluación ... 9
1.1.8 Las zonas de estudio ... 11
1.1.9 Futuro del mercado del oro en el Perú ... 13
1.2 Planteamiento del problema ... 16
1.2.1 Problema general... 18
1.2.2 Problemas específicos ... 18
1.3 Objetivos ... 19
1.4 Justificación ... 19
1.4.1 Razones que motivan la investigación ... 19
CAPÍTULO II ... 21
2.1 Antecedentes del problema ... 21
2.2 Desarrollo histórico ... 22
2.3 Base teórica ... 24
2.3.1 Generalidades del tiosulfato de amonio ... 24
2.3.2 Química de disolución de oro y plata con tiosulfato de amonio disolución de oro ... 26
2.3.3 Mecanismo electroquímico – catalítico de la lixiviación del oro ... 31
2.3.4 Análisis de la propuesta teórica ... 32
2.4 Marco conceptual ... 35
2.4.1 Lixiviación ... 35
2.4.2 Materiales para la lixiviación ... 36
2.4.3 Agentes disolventes ... 36
2.4.4 Métodos de lixiviación ... 37
2.4.5 Mineralogía del oro ... 38
2.4.6 Tiosulfato ... 40
2.4.7 Aplicación ... 41
2.4.8 Síntesis ... 41
2.4.9 Tecnología limpia ... 42
2.4.10 Tecnologías relacionadas ... 42
2.4.11 Críticas ... 43
2.5 Hipótesis ... 44
2.5.1 Hipótesis general ... 44
2.5.2 Hipótesis específicas ... 44
CAPÍTULO III ... 45
MÉTODOS ... 45
3.1 Tipificación de la investigación ... 45
3.2 Nivel de investigación ... 45
3.3 Métodos de investigación ... 46
3.4 Diseño de investigación ... 46
3.5 Población, muestra y muestreo ... 46
3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 47
3.7 Técnicas de procesamiento y análisis de datos ... 47
3.8 Descripción de la prueba de hipótesis ... 48
CAPÍTULO IV ... 49
PARTE OPERATIVA ... 49
4.1 Equipo a emplear ... 49
4.2 Muestra experimental ... 50
4.3 Procedimientos de experimentación ... 53
CAPÍTULO V ... 55
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 55
5.1 Efecto de la temperatura ... 55
5.2 Efecto de la concentración del tiosulfato ... 58
5.3 Efecto de la concentración del CuSO4 ... 59
5.4 Efecto de la concentración de amonio ... 61
5.5 Adsorción de oro en carbón activado ... 63
5.6 Electrodeposición de oro ... 64
CONCLUSIONES ... 66
RECOMENDACIONES ... 68
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 69
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Constantes de estabilidad para los complejos de oro ... 28
Tabla 2: Energías libres de formación (kJ/mol) para especies de tiosulfato de oro y cobre amoniacal ... 29
Tabla 3: Análisis granulométrico del mineral de oro ... 51
Tabla 4: Características físico químicas del carbón ... 52
Tabla 5: Extracción del oro ... 57
Tabla 6: Extraccion del oro % ... 59
Tabla 7: Extracción de oro y sus concentraciones ... 60
Tabla 8: Extracción de oro ... 62
Tabla 9: Adsorción en carbón activado; la influencia de concentración del carbón en la recuperación del oro (tiempo = 60 min; temperatura = 25°C; pH = 10; rev/min = 400) ... 63
Tabla 10: Adsorción en carbón activado: la influencia del tiempo en la recuperación de oro (concentración de carbón = 60 g/l, temperatura = 25°C, pH = 10.5, rev/min = 400) ... 64
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Ubicación del proyecto minero ... 2 Figura 2: Modelo del mecanismo electroquímico catalítico de la lixiviación con
tiosulfato amoniacal del oro ... 31 Figura 3: Influencia de la temperatura en la recuperción de oro ... 57 Figura 4: Influencia de la concentración de tiosulfato en la recuperación de oro ... 58 Figura 5: Influencia de la concentración del CuSO4 en la recuperción de oro . 60 Figura 6: Influencia de la concentración del amonio en la recuperación de oro ... 62
RESUMEN
La lixiviación con tiosulfato del oro ha sido desarrollada como una técnica alternativa y no tóxica a la cianuración convencional. Este proceso tiene la ventaja sobre el cianuro en una disminución de la interferencia de cationes extraños y un impacto ambiental más bajo. Las soluciones de tiosulfato amoniacal permiten la solubilización del oro como un complejo aniónico estable.
La lixiviación del oro ocurre en apreciables velocidades de disolución. El objetivo de este trabajo es el de desarrollar una evaluación preliminar de la factibilidad de la lixiviación del tiosulfato para la extracción del oro a partir de menas de metales preciosos a nivel de laboratorio. El trabajo experimental ha permitido establecer la influencia de la temperatura, concentración del tiosulfato, concentración de amonio y concentración del sulfato de sodio sobre la disolución del oro a partir de un mineral conteniendo aproximadamente 52 g/t Au, que fue originada de los yacimientos ubicados en la zona central de nuestro país. El oro fue recuperado a partir de los licores lixiviados por adsorción en carbón activado o por electrodeposición. Con la optimización de los parámetros de proceso se obtuvo aproximadamente 80% de recuperación de oro, como en el caso de la cianuración convencional.
Palabras claves: Lixiviación, técnica alternativa.
ABSTRACT
The gold thiosulphate leaching has been developed as an alternative technique and non-toxic to the conventional cyanidation. This process has the advantage on the cyanide in a decrease in the interference of foreign cations and a lower environmental impact. Ammonium thiosulphate solutions allow the solubilization of gold as a stable anion complex. The leaching of gold occurs in appreciable speed of dissolution. The aim of this work is to develop a preliminary assessment of the feasibility of thiosulphate leaching for the extraction of gold from precious metals ores at laboratory level. The experimental work has made it possible to establish the influence of temperature, concentration, concentration of ammonium thiosulfate and sodium sulfate concentration on the dissolution of the gold from a mineral containing approximately 52 g/t Au, which was originated from the deposits in the central area of our country. The gold was recovered from the liquors leachate by adsorption onto activated carbon or by electrodeposition.
With the optimization of process parameters obtained approximately 80%
recovery of gold, as in the case of the conventional cyanidation.
Key words: Leaching. conventional cyanidation, ammnioa thiosulfate, solubilization, dissolution.
INTRODUCCIÓN
A pesar de que la búsqueda de alternativas ha sido llevada a cabo en forma muy persistente en los últimos tiempos, el cianuro es aun el agente de extracción elegido en la hidrometalurgia del oro. Esto es debido a una combinación de su disponibilidad, efectividad, economía, un probado nivel de tecnología y una capacidad de uso.
El proceso metalúrgico particular seleccionado para la extracción de oro a partir de un mineral debe ser adecuado a las características del mineral.
Cuando el oro ocurre en una forma el cual no puede ser separado por medios físicos, el oro es extraído por disolución del metal usando reactivos químicos (una sustancia química usada para detectar la presencia de otro por reacción) los cuales son llamados “lixiviantes”. Idealmente esos lixiviantes o agentes lixiviantes deben de ser:
Baratos y reciclables
Selectivos
No tóxicos
Compatible con los procesos de recuperación de los flujos aguas abajo.
El cianuro es el reactivo de lixiviación más ampliamente usado para la recuperación de metales preciosos, por ser barato, bien establecido y eficiente para la extracción del oro. Considerable atención ha sido puesta en la búsqueda de reactivos lixiviantes desde el comienzo de la década de los 80. La principal motivación es el temor al uso del cianuro, especialmente en el arranque de operaciones metalúrgicas recientes en nuevas zonas de minado de metales preciosos. A pesar de drásticas regulaciones de seguridad corrientemente aplicadas en las plantas de cianuración alrededor del mundo, riesgos ambientales reales y peligros de toxicidad humanos aun permanecen.
Otra razón por el renovado interés en los reactivos de lixiviación no cianurados es la velocidad incrementada de disolución del oro. Las velocidades de lixiviación rápidas incluyen tanques de lixiviación más pequeños que requieren costos de capital y consumos de energía más bajos. Sin embargo, los reactivos no cianurados a la fecha no han sido ampliamente empleados para la recuperación del oro y la plata, pero estos pueden encontrar aplicación en operaciones de tratamiento futuros cuando las restricciones ambientales no permitan la costumbre práctica de la cianuración.
El proceso tiosulfato puede ser considerado como una alternativa no tóxica a la cianuración convencional. La lixiviación por tiosulfato permite la disminución por interferencia de los cationes extraños y resulta en un impacto ambiental más bajo. Las soluciones de tiosulfato amoniacal solubilizan al oro en la forma de un estable aurocomplejo aniónico sobre un amplio rango de valores de pH y Eh. La presencia del amonio impide la disolución de los óxidos de hierro, sílice, silicatos
minerales que contienen oro. Finalmente en el sistema tiosulfato, el oxidante necesario para oxidar al oro metálico a oro (I) está presente en la solución como iones cobre(II).
Como es conocido el oro es uno de los metales más nobles que existen en condiciones normales en la corteza terrestre, cuya naturaleza y propiedades han hecho que sea valioso y repercute su explotación minera – metalúrgica en las economías nacionales, por esta razón consideramos que es importante analizar y profundizar los conocimientos acerca de los mecanismos hidrometalúrgicos del proceso de tiosulfatación que en la actualidad se encuentra en estudio para ser aplicado como método de beneficio de las menas de oro.
En tal sentido, es mi intención cumplir con las expectativas técnicas y pongo a disposición de mis jurados el presente estudio que me permita obtener el grado de maestro en Gestión Ambiental y Desarrollo Sostenible.
El autor
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En este primer capítulo se proponen las generalidades que son necesarias para que este trabajo pueda ser entendido, presentándose los aspectos relacionados a la Unidad Minera que es materia de este estudio, asi mismo se considera el planteamiento del problema; objetivos y justificación y otros aspectos de importancia.
1.1 Generalidades de la unidad minera gaparina
El Proyecto GAPARINA se desarrolla al Sur Oeste del Caserío de Rayampampa, a unos 3.5 kilómetros de distancia, ubicado en los terrenos de la Comunidad Campesina de Chuquisyunca, Putaca, Acsuchacra en el Distrito de Huasahuasi, Provincia de Tarma, del Departamento de Junín.
1.1.1 Ubicación y acceso
El Proyecto Minero GAPARINA, se ubica en el distrito de Huasahuasi, a unos 38 Kms. al noreste de la ciudad de Tarma, en el departamento de Junín, región central del Perú, a una altura aproximada de 3,000 m.s.n.m. El proyecto comprende la concesión minera OBRIZO II, con un área de 600 hectáreas.
Figura 1:Ubicación del proyecto minero
El proyecto, es accesible partiendo desde la ciudad de Lima a través de la carretera central la cual se encuentra asfaltada, haciendo un recorrido de 244 km. entre Lima y Tarma en 5 horas, luego 26 km.
hasta la bifurcación de Huayunioc, 30 minutos, por carretera asfaltada, de Huayunioc a Cachiyacu 4 kilómetros por carretera afirmada, 8 minutos y finalmente hasta el área del proyecto Gaparina a una distancia de 8 km. por trocha afirmada, 30 minutos.
Las áreas a explotar se encuentran al Sur Oeste del Caserío de Rayampampa, a unos 3.5 kilómetros de distancia, limitada al Noreste por la Quebrada Mansháyoc, y a aproximadamente 600 metros al Oeste, de la margen derecha del riachuelo Yanama, a una altitud que varía entre los 2.200 a 3.600 m. s. n. m.
1.1.2 Topografía
La zona del proyecto se encuentra ubicada dentro de una topografía regularmente accidentada. Geomorfológicamente presenta un relieve moderado a alto con declinaciones o pendientes de los cerros de 60-70º a una altitud de 2.200 3.600 m.s.n.m. Existen rasgos con morfología cárstica que dan origen a las formas menores del relieve, por donde discurre el riachuelo Agua Blanca-Yanama.
1.1.3 Clima y parámetros meteorológicos
El clima está caracterizado por una pronunciada fluctuación de la temperatura con relación a la altitud, disminuyendo ésta de 16º C a 2 000 m.s.n.m. hasta los 4º C a 3 600 m de altura. La variación diurna es de unos 5º C. Entre julio y setiembre se produce ventarrones
fuertes, acompañados de una caída de temperatura de hasta 8º C.
Las precipitaciones anuales son altas por lo general encima de los 3.000 mm. La época de lluvias es de noviembre a marzo, pero no faltan a través de todo el año. Asociada con la precipitación elevada esta la cobertura de nubes, especialmente en las primeras horas de la mañana y las ultimas del día, existiendo generalmente una alta humedad ambiental.
Se ha considerado la estación meteorológica TARMA la cual es la más cercana al área de estudio ubicada en el distrito de Tarma, provincia de Tarma, departamento de Junín, la cual tiene años faltantes en sus registros de precipitación máxima en 24 horas, para lo cual se completará esta información utilizando la estación terrena ubicada en el distrito de Sicaya, provincia de Huancayo, departamento de Junín. El reporte de la Estación de Tarma con relación a la temperatura máxima media mensual indica variaciones entre 17,3 y 20,2 °C (Mayo). La temperatura mínima media mensual reportó valores entre 0.9 y 6.9 °C (Julio) Con relación a la precipitación media anual es de 647.9 mm.
1.1.4 Aspectos geológicos a. Geomorfología
El área de estudio se encuentra ubicada entre las cordilleras Oriental y Occidental de los Andes del Perú Central, y se caracteriza por presentar una topografía accidentada, con superficies agrestes y empinadas y cubiertas a media ladera por vegetación.
b. Geología regional
En el proyecto Gaparina afloran rocas precámbricas (Neoproterozoico) del Grupo Huaytapallana consistentes en esquistos micáceos y cloritosos. Al Oeste, éstas se hallan en contacto con un intrusivo monzogranito de Hualluniyoc.
b.1 Grupo Huaytapallana (PE-h)
En el área de estudio tiene amplia distribución constituida por esquistos formados por lechos cuarzosos o cuarzo feldespáticos y algunos más delgados de sericita y/o clorita a veces con algo de biotita y minerales accesorios como leucoxeno, epidota y opacos.
Ocasionalmente cuarcitas en bancos de 0.2 a 1.00 m. alternando con esquistos filíticos de grano medio a fino fácies que se asemejan a un flash; algunas intercalaciones de calcoesquistos ricos en epidota, anfibolitas.
b.2 Granito Precambrico – Paleozico (PE-p-gr)
Tiene reducido afloramiento en la esquina nororiental y oriental del área de estudio, se caracteriza por su textura holocristalina con ciertas textura gneisificada.
b.3 Monzogranito Hualluniyoc (PM-ad-hc)
Aflora muy restringido en la esquina sur occidental del área de estudio, es una roca leucócrata que contiene escasas biotitas cloritizadas y grandes ortozas, frecuentemente cortada por diques básicos variando a doleríticas y ácidos.
b.4 Granito Huacuas (KP-gr-hu)
Son unos granitos deformados íntimamente de tipo g1 de grano medio a grueso que aflora de manera restringida en la parte occidental del área de estudio.
b.5 Marco tectónico regional
Estructuralmente el área mineralizada de Gaparina se encuentra en el Bloque de Maraynioc – Mayrazo de rumbo andino NO – SE, de la Cordillera Oriental. Pertenece a este mismo bloque la mina de Tapo.
El rasgo estructural mas conspicuo es una foliación S2 mimética de la estratificación y de una primera foliación s1.La foliación s2 esta plegada por una o dos fases tardías.
Sin embargo lo que mas resalta estructuras de Dirección Andina es decir NO-SE de longitudes kilométricas, sin embargo corta estructuras de dirección NE-SO los cuales se comportan de manera perpendicular; asimismo Sistema Deflexión de Abancay E-O, los cuales tienen incidencia en la zona de estudio a manera de estructuras locales que siguen estos patrones.
1.1.5 Aspectos ambientales vinculados a la explotación minera metalúrgica del oro
La actividad minera, como la mayor parte de las actividades que el hombre realiza para su subsistencia, crea alteraciones en el medio natural, desde las más imperceptibles hasta las representan claros
impactos sobre el medio en que se desarrollan. Esto nos lleva a definir el concepto de impacto ambiental de una actividad: la diferencia existente en el medio natural entre el momento en que la actividad comienza, el momento en que la actividad se desarrolla, y, sobre todo, el momento en que esta cesa.
Estas cuestiones, que hace algunos años no se percibían como un factor de riesgo para el futuro de la humanidad, hoy se contemplan con gran preocupación, que no siempre está justificada. Pero ciertamente, los abusos anteriormente cometidos en este campo han hecho que crezca la conciencia de la necesidad de regular los impactos. De cualquier manera, también debe quedar claro que el hombre necesita los recursos mineros hoy, y los necesitará en el futuro. Otro punto a destacar es que la actividad minera es infinitamente menos impactante (por su escasa extensión) que otras actividades industriales, como el desarrollo de obras civiles (impacto visual, modificación del medio original) y la agricultura (modificación del medio original, uso masivo de productos químicos: pesticidas, fertilizantes).
Así, en el momento actual existen normativas muy estrictas sobre el impacto que puede producir una explotación minera, que incluyen una reglamentación de la composición de los vertidos líquidos, de las emisiones de polvo, de gases, de ruidos, de restitución del paisaje, etc., que ciertamente a menudo resultan muy problemáticos de cumplir por el alto costo económico que representan, pero que
indudablemente han de ser asumidos para llevar a cabo la explotación.
Por otra parte, hay que tener en cuenta que la actividad minera no solo produce un impacto ambiental, es decir, sobre el medio ambiente, también produce lo que se denomina Impacto Socioeconómico, es decir, una alteración sobre los modos de vida y la economía de la región en la que se implanta, que pueden ser en unos casos positivos y en otros, negativos.
1.1.6 Clasificación de los impactos ambientales
El impacto que produce la minería desde el punto de vista ambiental se puede clasificar de muy diversas formas:
Según sea un impacto directo, o indirecto sobre el medio.
Según sea a corto o a largo plazo.
Según sea reversible o irreversible (a escala humana).
Según sea local o externo.
Evitable o inevitable.
Por otra parte, en función de los aspectos del medio que modifican, pueden ser:
Acciones que modifican el uso del suelo.
Acciones que implican la emisión de contaminantes (sólidos, líquidos, gases y otros: ruidos, onda aérea).
Acciones que implican sobreexplotación de recursos (agua).
Acciones que implican la modificación del paisaje (casi todos).
Acciones que repercuten en las infraestructuras.
Acciones que modifican el entorno social, económico y cultural (impacto socioeconómico).
También, en función del momento en que se producen, podemos considerar el impacto durante la fase de instalación, durante la fase de explotación propiamente dicha, y el impacto durante la fase de abandono o cese de la explotación.
1.1.7 El impacto ambiental: evaluación
A la vista de las consideraciones anteriores, el impacto ambiental de una actividad minera es la diferencia entre la situación del medio ambiente antes de llevar a cabo la actividad, y durante o tras la actividad minera. La evaluación de este impacto es la cuantificación de estas diferencias, mediante la realización de un estudio multidisciplinar que pretenderá identificar, predecir y prevenir las consecuencias o efectos sobre el medio ambiente de la actividad minera. Una cuestión interesante es que el estudio de impacto se puede considerar como una comparación entre la situación real de la zona estudiada, y la situación teórica de esta zona si no estuviera afectada por la actuación minera.
Los objetivos del estudio de impacto ambiental serían los siguientes:
Evitar posible errores y deterioros ambientales originados durante el proceso extractivo, cuya corrección posterior podría tener un alto coste, tanto desde en punto de vista privado (costes transferibles a las
empresas) como desde el punto de vista social (costes transferibles a la sociedad).
Disponer de datos que permitan introducir en las decisiones empresariales los efectos de los proyectos de desarrollo en el medio natural y social, siempre difíciles de cuantificar y evaluar.
Presentar una información integrada sobre los impactos de nuestra actividad sobre el medio ambiente.
Integrar a los diversos organismos públicos y privados que tienen algún grado de responsabilidad sobre las decisiones que afectan al medio ambiente.
En definitiva, el principal objetivo de este tipo de estudios es el de indicar los elementos y características medioambientales susceptibles de ser afectados por la explotación minera. Sobre esta base se establecerán las recomendaciones de acciones correctoras, temporales o permanentes, y la definición de los criterios generales y específicos de restauración (land reclamation) y recuperación de terrenos o de otros usos alternativos de rehabilitación. Para la determinación práctica de este impacto ambiental se elaboran una serie de matrices de impacto, que constituyen la herramienta básica del estudio, pues recogen toda la información referida a las distintas posibilidades de afectación al medio y su grado estimado. Siempre es de gran interés delimitar las distintas acciones que producen impacto (acciones impactantes: excavaciones, voladuras, emisión de gases y efluentes líquidos, creación de vías de transporte, etc.), así como
establecer sobre qué aspectos concretos del medio se produce cada impacto (factores impactados: vegetación, fauna, paisaje, zonas urbanas, etc.).
1.1.8 Las zonas de estudio
En algunas de las zonas de estudio se presentan una serie de impactos ambientales notables derivados de la actividad minera.
Dicha actividad ha estado enfocada hacia la extracción de oro en la zona de explotación. Entre los impactos más notables podemos destacar la presencia de escombreras, labores a cielo abierto (cortas), entradas a galerías subterráneas, edificios abandonados, etc. lo cual maximiza la importancia del impacto ambiental derivado de dicha actividad.
De interés ambiental es el tratamiento metalúrgico que recibían los minerales auríferos de la zonas como en el caso del sur del Perú. El mineral entrante en la planta de tratamiento era molido y transformado en una pulpa acuosa. A continuación se pasaba por tanques espesadores para remover el exceso de agua, y finalmente entraba en un circuito de tanques de cianuración para el acomplejamiento del oro con CN- El principal reactivo utilizado para estos fines era cianuro de sodio (NaCN), un compuesto de elevadísima toxicidad aunque de escasa permanencia en el medio (se descompone en NH3 y CO2). La química del proceso de cianuración es la siguiente:
2Au0 + 4CN- + O2 + 2H2O → 2Au[(CN)2]- + 2OH- + H2O2
Finalmente la recuperación aurífera se realizaba mediante precipitación inducida por zinc (proceso Merril Crowe). En los años 1980s, debido a los elevados precios del oro (centenares de US$ por onza de Au) se exploró nuevamente el distrito, esta vez con técnicas y conceptos modernos (modelo epitermal) lo que llevó a su reapertura en 1989. Se explotó el sector de Palpa a cielo abierto y para rebajar costes operacionales la operación metalúrgica se realizó mediante lixiviación (cianuración) en pila. En la actualidad no se desarrolla ninguna actividad minera en el distrito. La lixiviación en pila (heap leaching) consiste en la construcción de pilas (amontonamientos) de mineral previamente triturado a tamaños del orden de un par de centímetros. Cada pila puede tener algunas decenas de metros de longitud, siendo de base rectangular, con una altura de unos pocos metros. Este mineral se dispone sobre una base impermeable con una cierta inclinación hacia una esquina. El mineral es regado con una solución cianurada mediante aspersores recuperándose una solución aurífera (Au[(CN)2]-), la cual es llevada a un tanque de almacenamiento (tipo piscina) desde donde se bombea a columnas rellenas con carbón activado (normalmente carbón de coco) donde queda retenido el oro.
Para realizar adecuadamente su trabajo deberá identificar y analizar los impactos ambientales derivados de la actividad minera en sus respectivas zonas de trabajo, proponiendo alternativas de mitigación o remediación de los mismos. Algunas acciones recomendadas a realizar en áreas de minas abandonadas son las siguientes:
Sellado permanente a la superficie de las labores subterráneas, salvo que la explotación en si tenga algún valor de interés científico (afloramiento importante) o de difusión del conocimiento (como parte de un parque minero abierto al público).
Estimación del grado de estabilidad de los taludes en minas a cielo abierto o canteras, de tal manera que no representen un riesgo para las personas o animales.
Remoción de materiales y equipos abandonados.
Demolición de edificios e instalaciones si no se ha encontrado un uso adecuado para estos (conjunto histórico, parque minero, museo, etc).
Todos los pasos necesarios para eliminar o restaurar/inertizar escombreras, balsas de estériles, pilas (heaps) lixiviadas, etc.
Con respecto al punto anterior, las escombreras deberán ser rehabilitadas rediseñando sus pendientes, cubriéndolas con vegetación adecuada, etc.
Restauración de las labores a cielo abierto mediante relleno;
revegetación de la zona afectada, salvo que el hueco de explotación en si tenga algún valor de interés científico (afloramiento importante) o de difusión del conocimiento (como parte de un parque minero abierto al público)
1.1.9 Futuro del mercado del oro en el Perú
La revista Gestión pública en enero de este año realizó el siguiente comentario:
El fortalecimiento del dólar y los rendimientos más altos de los bonos del tesoro de los Estados Unidos podrían limitar los incentivos a invertir en la compra de oro, explicó ComexPerú.
La Sociedad de Comercio Exterior del Perú (ComexPerú) señaló que el mejor desempeño de oro y su importancia en la economía peruana es innegable, sin embargo, al país aún le falta para regresar a los niveles de producción de inicios de la década.
“Los pronósticos para este año son mixtos, por lo que, en un clima geopolítico complejo, hará falta buen manejo para asegurar la recuperación. Por el momento, las medidas gubernamentales de promoción de la inversión, facilitación del comercio y formalización minera serán una pieza clave para hacerle frente a los vaivenes del mercado mundial”, añadió.
Según cifras del Ministerio de Energía y Minas (MEM), entre enero y noviembre del 2016, la producción de oro en Perú se incrementó en 4.46% frente al mismo periodo de 2015, con casi 140.5 millones de gramos finos.
La producción de este commodity se concentró principalmente en La Libertad (28.7% de la producción nacional y una variación de -7%), Cajamarca (23.6% y -16%), Madre de Dios (11.6% y 40%), Arequipa (10.9% y 22%), Ayacucho (7.6% y 30%) y Puno (6.7% y 115%).
Mientras que según la Sunat, el oro fue el segundo mineral más exportado en el 2016, ya que representó el 31% del volumen total minero y un 18% del total de las exportaciones peruanas.
Así, los envíos ascendieron a US$ 6,430 millones, cifra que representó un incremento del 9% frente al año anterior. “Cabe resaltar que el dinamismo alcanzado en el último año es superior al de 2015 (2.4%)”, dijo Comex.
Según el gremio empresarial, a lo largo de 2016, el precio del oro tuvo un buen desempeño en los mercados internacionales, apoyado principalmente en las bajas (e incluso negativas) tasas de interés de los países desarrollados y la incertidumbre causada por los riesgos geopolíticos, entre ellos el resultado del Brexit.
De acuerdo con el Consejo Mundial del Oro (WGC, por sus siglas en inglés), los precios crecieron cerca del 7.8% en el 2016 con respecto a 2015, con un promedio anual de US$ 1,251 por onza.
“En lo que va del año, los precios parecen estar marcados por cierta volatilidad. Más aún, el fortalecimiento de la moneda norteamericana y los rendimientos más altos de los bonos del tesoro de los Estados Unidos podrían limitar los incentivos a invertir en este activo. Frente a tal escenario, ¿es posible predecir el rumbo del mercado?”, dijo ComexPerú.
Añadió que para el WGC, en 2017, el oro no solo continuaría siendo altamente relevante en los mercados internacionales como un componente estratégico de portafolio, sino que, según el reporte Outlook 2017: Global economic trends and their impact on gold, existirían importantes tendencias globales que dinamizarán la demanda por este metal precioso a lo largo del año.
En primer lugar, dado que el oro es un excelente refugio frente a la incertidumbre, el panorama político global podría fortalecer su demanda, teniendo en cuenta que este año se llevarán a cabo elecciones en Países Bajos, Francia y Alemania, mientras que Reino Unido continuará su proceso de salida de la Unión Europea.
“Estos eventos, aunados a la nueva administración de EE.UU., podrían alterar la confianza en los mercados”, dijo ComexPerú.
Por otro lado, consideró posible que las economías de Europa continúen su programa de expansión monetaria, lo que junto a las bajas tasas de interés haría del oro un gran activo de inversión, capaz de proteger los capitales de monedas depreciadas.
“Análogamente, los pronósticos inflacionarios en EE.UU. tendrían un efecto similar al ser un mineral considerado históricamente como mecanismo de cobertura frente a la pérdida de poder adquisitivo.
Además, el crecimiento a largo plazo de Asia conduciría a una mayor demanda por oro, como consecuencia del incremento de la riqueza”, explicó.
Durante el 2016, China e India representaron más del 50% de la demanda mundial de oro, y se espera mayor dinamismo en mercados como Vietnam, Tailandia y Corea del Sur.
1.2 Planteamiento del problema
La metalurgia extractiva del oro a partir de las menas que los contienen, actualmente enfrentan algunos retos, tanto de índole ambiental, característica mineralógica de las menas y tecnológico -económico
vinculados a su beneficio y procesamiento para llegar a obtener el oro metálico puro.
Desde el punto de vista ambiental, existe la necesidad de reemplazar al cianuro como agente lixiviante del oro, en vista de las restricciones legales y al establecimiento de estándares de gestión ambiental mucho más rígidos.
Otro problema que se tiene, es la complejidad mineralógica de muchos yacimientos auríferos, vinculada a la composición y a la ocurrencia del oro dentro de estos minerales, estos minerales de difícil tratamiento son denominados minerales refractarios, muchos minerales se caracterizan por ser arsenopiritosos, donde el oro inicialmente se encuentra dentro de la estructura cristalizada en forma de solución sólida, para lo cual ha sido necesario oxidarlo a presión para facilitar su extracción por lixiviación usando un método no cianurante.
El reto tecnológico económico está relacionado a la determinación del tipo de agente lixiviante o disolvente del oro, que cumpla con los requisitos de proceso y de factibilidad económica, es decir el reactivo alternativo debe de ser capaz de disolver al oro en forma adecuada, en cantidades y concentraciones mínimas, inclusive manejable frente al problema de otras impurezas disueltas como es el caso del cobre, que sea luego recuperado a partir de las soluciones cargadas también en forma conveniente.
El estudio de los procesos de disolución de las menas de oro en soluciones de tiosulfato es de interés tanto como para la teoría de la disolución del oro en nuevos agentes lixiviantes y para la optimización de los parámetros operativos que son requeridos desde el punto de vista tecnológico y de tal
forma que se pueda optar por esta tecnología en la metalurgia extractiva de los metales preciosos, esto nos permite la necesidad de verificar la influencia de variables como la concentración de amoniaco, concentración de tiosulfato, concentración de cobre y temperatura, sobre las variable dependiente: extracción de oro.
Propuesta de solución del problema
Se propone utilizar soluciones de tiosulfato para la lixiviación de minerales auríferos como una alternativa al empleo del cianuro, que es considerado un compuesto químico altamente perjudicial para el medio ambiente y para el ser humano.
1.2.1 Problema general
¿Cómo se extrae el oro (a partir de un mineral de oro) empleando solución lixiviante como alternativa a las soluciones cianuradas, de tal manera que sea técnicamente factible?
1.2.2 Problemas específicos
- ¿Cómo las soluciones de tiosulfato amoniacal podrán ser una alternativa para la disolución de los minerales de oro?
- ¿Cómo interviene en la recuperación del oro la concentración de los reactivos lixiviantes, como el amoniaco y el tiosulfato?
- ¿Cuáles serán los valores de los principales parámetros operativos en el proceso de lixiviación de minerales de oro empleando soluciones de tiosulfato amoniacal?
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo general:
Determinar la tecnología factible para extraer el oro (a partir de un mineral de oro) empleando otra solución lixiviante alternativa a las soluciones cianuradas.
1.3.2 Objetivos específicos:
- Determinar si las soluciones de tiosulfato amoniacal podrán ser una alternativa para la disolución de los minerales de oro
- Evaluar la influencia en la recuperación del oro, la concentración de los reactivos lixiviantes, como el amoniaco, el tiosulfato
- Identificar los valores de los principales parámetros operativos en el proceso de lixiviación de minerales de oro empleando soluciones de tiosulfato amoniacal.
1.4 Justificación
1.4.1 Razones que motivan la investigación
Las exigencias de índole ambiental, son la actualidad de necesidad prioritaria en cuanto a la aplicación de tecnologías limpias, cuando se pretende desarrollar proyectos para la extracción de los recursos minero metalúrgicos, en este caso justificamos la realización de nuestra investigación en el sentido que pretendemos reemplazar al cianuro como agente lixiviada para los concentrados oxidados a presión, por otro que sea más amigable con el ambiente como es el caso de las soluciones de tiosulfato amoniacal, es decir se debe propender al desarrollo de las
actividades extractivas de los recursos naturales pero sin perjudicar el entorno ecológico, teniendo como meta un futuro donde nuestros descendientes tengan un perfecto equilibrio con la naturaleza.
La implementación de las tecnologías limpias para los procesos extractivos, especialmente cuando se trata de la extracción de metales a partir de sus minerales, requiere desarrollo e investigación de parte de los profesionales dedicados a la preservación del ambiente con un desarrollo sostenible.
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes del problema
M. G. Aylmore y D. M. Muir (2000) indican que desde el siglo pasado se ha prestado considerable atención a las alternativas a la utilización de la cianuración convencional y el carbón en pulpa para extraer el oro de las menas de oro. El interés en el uso del cianuro para la disolución de oro deriva de la preocupación en cuanto a la toxicidad del cianuro y la incapacidad de la solución de cianuro para la lixiviación de minerales carbonados o complejos.
Además de la peligrosidad del cianuro, las especies cianuradas metálicas derivadas de la lixiviación con cianuro (por ejemplo, el complejo cianurado de cobre cianuro) y otras especies de cianuro en los embalses de relaves.
Esto puede conducir a problemas ambientales cuando los contaminantes de cianuro llegan a los cauces acuáticos y causa la destrucción de la vida animal. Este es un problema importante en los países en las áreas de
desarrollo de las zonas residenciales que están más cerca de las plantas de procesamiento.
Un enfoque alternativo es usar tiosulfato para la lixiviación de minerales de oro. El tiosulfato es considerado una alternativa no toxica al cianuro y puede lixiviar más rápido que el cianuro.
En el proceso de cianuración convencional, la recuperación de oro y plata de minerales se ve obstaculizada por la variedad de impurezas metálicas como el cobre, arsénico, antimonio, zinc y níquel, ya que estos consumen o cianuro u oxígeno. La lixiviación con tiosulfato se reduce por interferencia de estos cationes exteriores. De hecho, la presencia de cobre en el mineral puede ser utilizado directamente en el proceso de lixiviación.
El alto consumo de reactivos y la falta de un proceso barato para recuperar oro han hecho que la lixiviación con tiosulfato no sea rentable hasta la fecha, en comparación con la lixiviación con cianuro. En consecuencia, el proceso no ha sido ampliamente utilizado a escala comercial.
2.2 Desarrollo histórico
La recuperación de metales preciosos con tiosulfato fue propuesto por primera vez a principios de la década de 1900 (White, 1900). En un proceso conocido como el proceso Von Patera, los minerales de oro y plata fueron sometidos primeramente a tostación clorurante y, a continuación, lixiviados con tiosulfato. Los minerales de sulfuro ricos en plata en América del Sur fueron disueltos durante muchos años antes de la Segunda Guerra Mundial con tiosulfato después de una tostación clorurante (Flett y otros., 1983). Un tratamiento similar se llevó a cabo también en la mina La Colorado en Sonora
en México (Von Michaelis, 1987). Sin embargo, no fue hasta finales de la década de 1970 que una aplicación para recuperar los metales preciosos a partir de concentrados sulfurados de cobre y la lixiviación a presión de los residuos fue desarrollado empleando tiosulfato de amonio y patentado por Berezowsky y Kerry (Hiskey y Atluri, 1988). Durante este período, se llevaron a cabo también estudios en la antigua Unión Soviética (p. ej. Ter- Arakeyan y otros, 1984). Se ha demostrado que iones de cobre en solución podría acelerar la disolución de oro. Las investigaciones iniciales tienden a concentrarse en lixiviación a altas temperaturas y presiones para evitar que capas de sulfuro de cobre y azufre se formen en las partículas de oro, por lo tanto, impidiendo su lixiviación.
Berezowsky y Sefton (1979), han mostrado renovado interés en la lixiviación con tiosulfato mediante el desarrollo de un proceso de lixiviación con tiosulfato amoniacal atmosférica para recuperar el oro y la plata de los residuos de la lixiviación amoniacal oxidante de concentrados sulfurados de cobre
Trabajos más recientes se han centrado en la comprensión y el mejoramiento del proceso de lixiviación con tiosulfato amoniacal atmosférica.
Amplios estudios de la cinética y el mecanismo de disolución del oro por el tiosulfato han sido llevados a cabo por los japoneses y los chinos (p. ej.
Tozawa y otros., 1981; Jiang y otros., 1993.
Qian y Jiexue (1989) informaron de que una gran planta había sido construida en México, utilizando tiosulfato sobre la base de las patente Kerley (1981, 1983) las patentes pero no pudieron funcionar correctamente.
mexicana, afirman que una patente posterior por Pérez (1987) afirma que la planta no hubiera sido exitosa si se ejecuta a pH 10.0 -10.5 en lugar de pH 8 para evitar el problema observado con la disolución de hierro de los medios de molienda.
La lixiviación en pilas de minerales carbonáceos preg-robbing con tiosulfato, ha sido la única aplicación industrial en los últimos años establecido por Newmont Gold Co. (Wan y otros., 1994). A diferencia del complejo cianurado de oro, el tiosulfato de oro no se adsorbe sobre material carbonoso y muchas más altas recuperaciones de oro se pueden lograr.
2.3 Base teórica
2.3.1 Generalidades del tiosulfato de amonio a) Propiedades físicas
Se presenta en forma de cristales tabulares anhidros, incoloros o blancos, d423=1.641, perteneciendo al sistema monoclínico. Es muy soluble en agua (173 g/1 a 20°C, 205 g/1 a 40°C y 269 g/1 a S0°C), es ligeramente soluble en acetona e insoluble en éter y alcohol. Es delicuescente en el aire y algo inestable; su estabilidad se incrementa considerablemente en una atmósfera conteniendo amoníaco.
A una temperatura de 150°C, sublima con algo de descomposición en sulfito de amonio, azufre, agua, amoníaco y sulfuro de hidrógeno.
b) Propiedades químicas
El ión tiosulfato S2032 es el anión del ácido tiosulfúrico H2S203. Este ácido es aún más inestable que el ácido sulfuroso H2S03 y al separarlo en estado libre se descompone formando S y S02. Entre los tiosulfatos que son solubles en agua, están los de los metales alcalinos, el de amonio, así como el de estroncio, zinc, cadmio, níquel, cobalto, manganeso y hierro(II). Los demás tiosulfatos son poco solubles. El ión S2032 es incoloro. La reacción de las soluciones acuosas de los tiosulfatos de los metales alcalinos es próxima a la neutra, ya que el H2S2Q3 es un ácido bastante fuerte aunque inestable.
Las soluciones concentradas de tiosulfato de amonio se descomponen lentamente a temperaturas superiores a 50°C con formación de ázufre y sulfato.
Usos
El principal uso del tiosulfato de amonio es en fotografía.
Reacciona considerablemente más rápido que el tiosulfato de sodio en los baños fijadores. Además, posee otras ventajas: las soluciones fijadoras pueden ser usadas alrededor de dos veces más que las correspondientes soluciones de sodio; requiriéndose además un período de lavado más corto; y la recuperación de plata de las soluciones descartadas es más sencilla, ya que las sales de amonio pueden ser volatilizadas mediante calentamiento.
El tiosulfato de amonio tiene aplicación en la agricultura; se utiliza como un mejorador de suelos calcáreos, además de ser un fertilizante nitrogenado.
Se usa también en la industria minera, en sustitución del tiosulfato de sodio para la extracción de valores en minerales de oro y plata, debido al poder acomplejante que tiene sobre estos metales y sus compuestos.
2.3.2 Química de disolución de oro y plata con tiosulfato de amonio disolución de oro
La disolución de oro en presencia de tiosulfato como agente acomplejante de acuerdo a investigaciones experimentales de JTyurin y Kakovski(14) se describe por:
4Au + 8S2O3-2 +2H2O + O2 = 4Au(S2O3)2-3 + 4OH- (1) 4Au + 8NH3 + 2H2O + O2 = 4Au(NH3)2+ +4OH- (2)
La estequiometria total de la disolución del oro en soluciones de tiosulfato acuoso en presencia de oxígeno, puede representarse por:
2Au + 1/2O2 + 4S2O3-2 + 2H+ ===˃ 2Au(S2O3)2-3 + H2O (3) El papel del complejo tetramino cúprico como un oxidante durante la solubilización del oro se demuestra por:
Au + 5S2O3-2 + Cu(NH3)4+2 ==˃ Au(S2O3)2-3 + 4NH3 + Cu(S2O3)3-5 (4)
La reacción de disolución de oro en solución amoniacal de tiosulfato la analizó termodinámicamente Kakovskii, obteniendo la siguiente ecuación:
2Au + 4S2O3-2 + H2O + 1/2O2 ==˃ 2Au(S2O3)2-3 + 2OH-1 (5)
de acuerdo a la energía libre estándar de cambio obtenida por Kakovskii, ΔGo298K = 5.8 Kcal/mol la disolución de oro en solución de tiosulfato es termodinámicamente factible.
Dos complejos de tiosulfato de oro se sabe que estos están en la forma y Au(S2O3)-, y Au(S2O3)2-3 con este último complejo más estable (Johnson y Davis 1973).
Las soluciones alcalinas se deben usar para prevenir la Tabla 1 descomposición del tiosulfato a pH bajo Esto tiene la ventaja añadida de reducir al mínimo la solubilidad de las impurezas, en particular los compuestos de hierro. Una vez constituido, el complejo tiosulfato es extremadamente estable. Las constantes de estabilidad de tiosulfato sódico en comparación con varios otros complejos oro se muestran en la Tabla1.
Tabla 1: Constantes de estabilidad para los complejos de oro Especie de Oro Estabilidad Log. K* Referencia
Au (CN)2* 38.3 Smith and Martell 1989
Au (SCN)2* 16.98 Smith and Martell 1989
Au (SCN)4* 10 Smith and Martell 1989
AuCl4 25.6 Wang 1992
Au(NH3)2 26 Wang 1992
13 Hancock et. al, 1974*
Au(S2O3)23 26.5 IUPAC. 1993
28 Sullivan and Kolh 1997
*Temperatura 25°C, &calculado del relacionamiento lineal de energía libre; fuerza iónica=1.0
a) Termodinámica de la disolución del oro
Zipperian y otros (1988), construyeron una serie de diagramas Eh-pH para identificar las especies predominantes que existen en los sistemas metal-amoniaco-tiosulfato-agua para concentraciones altas de reactivos (>1M). Para baja las concentraciones de reactivos, Wang (1992) Asumió la presencia de iones AuNH3S2O3- en la construcción de diagramas Eh-pH aunque la existencia de AuNH3S2O3- no se ha confirmado experimentalmente. Sin embargo, a bajas concentraciones de reactivos se podría esperar, ya que las constantes de estabilidad de los complejos Au(NH3)2+ y Au(S2O3)23- pueden ser similares (véase la Tabla 1)
Los diagramas Eh-pH y de especiación para los sistemas tiosulfato amoniacal y cobre, para altas y bajas concentraciones de amoníaco y tiosulfato sódico se muestran en las siguientes figuras. Los diagramas representan el rango típico de la lixiviación las condiciones utilizadas.
La construcción de los diagramas Eh-pH y de especiación se llevaron a cabo con los software Outokumpu HSC Chemistry para Windows
(Roine, 1994) y MINEQL (Schecher y McAvoy, 1998). Datos termodinámicos se obtuvo a partir de Smith y otros (1998) y aparece en la Tabla 2.
Tabla 2: Energías libres de formación (kJ/mol) para especies de tiosulfato de oro y cobre amoniacal
Figura 2: Diagrama Eh-pH Fuente: www.erwirhsfedu.pe
Figura 1 Diagrama Eh-pH en altas concentraciones de reactivos para (a) Sistema Cu-NH3-S2O32- y (b) Sistema Au-NH3-S2O32- (condiciones:
5 x 10-4 M Au; 1M S2O32- ; 1M NH3/NH4+, 0.05M Cu2+). La línea de puntos marca la estabilidad región de Au(NH3)2+, en la que la constante
de estabilidad de log K= 26.0 (ver Tabla II). La región sombreada es el predominio de Au(S2O3)23- donde constantes de estabilidad se basan en cálculos de energíalibre lineal (Hancock y otros., 1974).
2.3.3 Mecanismo electroquímico – catalítico de la lixiviación del oro El mecanismo electroquímico catalítico que se propone para identificar la lixiviación del oro con tiosulfato amoniacal se ilustra en la siguiente figura.
Figura 2: Modelo del mecanismo electroquímico catalítico de la lixiviación con tiosulfato amoniacal del oro
Fuente: minería S.A.
2.3.4 Análisis de la propuesta teórica
Los aspectos ambientales y de seguridad indeseables de las técnicas prevalentes de la cianuración utilizadas en la producción de oro han conducido estudios en el área hacia la búsqueda de lixiviantes alternativos. El uso del tiosulfato sódico en presencia de amoníaco y de cobre(II) ha sido considerado una alternativa adecuada a las técnicas de la cianuración y numerosos trabajos de investigación han sido llevado a cabo en este ámbito y se han presentado trabajos extensos (Aylmore y Muir, 2001; Grosse et al., 2003; Muir y Aylmore, 2004). Sin embargo, la comercialización de los procesos de tiosulfato aún no se ha logrado. Los principales problemas que encaran los procesos de tiosulfato son el alto consumo de este reactivo y los problemas planteados por la recuperación del oro después de la lixiviación (Muir y Aylmore, 2004; Hilson y Monhemius, 2006). Uno de los desafíos a los procesos de evaluación y adopción del tiosulfato sódico es la química complicada del proceso del sistema lixiviante, como resultado de la presencia simultánea de ligandos acomplejates (amoníaco y tiosulfato sódico), la estabilidad del tiosulfato sódico en la solución y el par redox Cu(II) -Cu(I). Las reacciones químicas que describen el comportamiento de la lixiviación del oro en un sistema amoniacal tiosulfato se muestran a continuación (ecuaciones. (6) - (9)). (Grosse et al., 2003).
Au° + [Cu(NH3)4]2+ + 3S2O32- ==> [Au(NH3)2]+ + [Cu(S2O3)3]5- + 2NH3 (6) [Au(NH3)2]+ + 2S2O32- ==> [Au(S2O3)2]3- + 2NH3 (7)
4[Cu(S2O3)3]5- +16NH3 +O2 +2H2O => 4[Cu(NH3)4]2+ + 12S2O32- + 4OH-1 ….(8)
La reacción neta es
4Au°+ 3S2O32- + O2 + 2H2O ==>4 [Au(S2O3)2]3- + 4OH-1 (9)
Muir y Aylmore (2004) resumen los estudios publicados sobre lixiviación con tiosulfato de diversos minerales y observaron que un amplio rango de condiciones y concentraciones de los reactivos que han sido utilizados. Se ha hecho hincapié en minerales carbonosos que dan pobres recuperaciones de oro utilizando cianuro y minerales de oro-cobre. La cinética de disolución de oro y porcentajes de recuperación han variado considerablemente, según el tipo de mineral y las condiciones utilizadas. Navarro y otros. (2002) encontraron que bajo condiciones moderadas, la lixiviación con tiosulfato compara favorablemente con la cianuración cuando la lixiviación del oro de los concentrados de flotación fue estudiada. Muir y Aylmore (2004) estudiaron algunos relativamente simples minerales de óxido australianos y que mientras que la mayor parte del oro y la plata se disuelve fácilmente en el 2-4 h, una fracción de los solubles en cianuro oro siempre se mantuvieron en los residuos de lixiviación con tiosulfato.
Langhans y otros. (1992) estudiaron minerales oxidados de oro de bajo grado y los resultados de este estudio indican que la lixiviación con tiosulfato catalizada con cobre pueden ser competitivos con los métodos convencionales de cianuración aplicados en pilas, echaderos o por lixiviación in situ. Barrick Gold Corporation (Barrick) patentó un proceso para recuperar oro de un mineral con una combinación de sulfuro refractario y material carbonoso mediante la oxidación a presión
seguida por lixiviación con tiosulfato (Marchbank, 1996). Barrick posteriormente patentó un proceso combinado de oxidación a presión, tiosulfato y resina en pulpa de proceso para el tratamiento de menas de oro refractarias (Thomas, 1998). La patente depositada por Barrick (Thomas, 1998) incluye un estudio en la cual los minerales de arsenopirita lixiviados a presión de Barrick fueron examinados y un gran número de tanque pruebas efectuadas con un pH 8-9. La recuperación de oro en su estudio varía de 50% a 95 %. El trabajo de Feng y van Deventer (2010) demostraron que el pre-tratamiento oxidante de mineral de sulfuro seguida de lixiviación con tiosulfato proporciona un enfoque eficiente para el tratamiento de mineral de sulfuro. Feng y van Deventer (2010) mostró que el consumo de tiosulfato en los lixiviados fue insignificante después de un más de 1 h de pre-tratamiento oxidante con amoníaco.
Muir y Aylmore (2004) señalaron que la primera tarea de la industria en la adopción del sistema tiosulfato es la de desarrollar un diagrama de flujo de proceso sólido general que realmente se pueda utilizar y costeado para un rango de minerales. La eficiencia de la etapa de lixiviación tiene un efecto primario en el éxito de la técnica y la economía de una empresa hidrometalurgia (Crundwell, 2013), por lo tanto, es evidente que la administración de la etapa de lixiviación es una cuestión clave en el desarrollo del sistema tiosulfato. Es evidente que hay, por lo tanto, la necesidad de estudios de lixiviación con diferentes tipos de minerales y pre-tratamientos que pueden proporcionar una información completa sobre las condiciones óptimas
y que evalúan la recuperación del oro, reciclado de reactivos o la destrucción, y posibilidades de control de las impurezas. Un eficiente pre tratamiento de minerales y concentrados junto con las condiciones óptimas de lixiviación podría ofrecer las condiciones para superar los problemas identificados en la etapa de lixiviación, así como también facilitar la siguiente fase de la recuperación. Este trabajo estudia la lixiviación a presión oxidante de concentrados de oro en soluciones de tiosulfato en presencia de amoníaco y de cobre(II). El objetivo del presente estudio es encontrar las condiciones óptimas de lixiviación a presión oxidante de concentrados de minerales sulfurados de oro estudiando el efecto de los diferentes parámetros (concentraciones de reactivos y temperatura).
2.4 Marco conceptual 2.4.1 Lixiviación
El proceso de lixiviación es una etapa fundamental en un proceso hidrometalúrgico, que involucra la disolución del metal a recuperar desde una materia prima sólida, en una solución acuosa mediante la acción de agentes químicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separación del metal contenido en la fase sólida de sus acompañantes no solubles. En la hidrometalurgia del cobre, dada la variedad de sustancias sólidas que contienen cobre, factibles de beneficiar por lixiviación, complican la extensión de los fundamentos del sistema lixiviante (sólidos – agentes extractantes – métodos).
2.4.2 Materiales para la lixiviación
Las fuentes de mayor importancia para la extracción del cobre las constituyen las menas oxidadas y sulfuradas. Aunque el tratamiento convencional de menas sulfuradas es comúnmente realizada por flotación – pirometalurgia, como es sabido, la vía hidrometalúrgica permite recuperar cobre contenido en las menas mixtas o sulfuradas de baja ley acumuladas en los botaderos o echaderos de los ripios en explotación minera o en el mismo yacimiento (in situ).
2.4.3 Agentes disolventes
La selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química, selectividad, facilidad de producir y regenerar y que permite la recuperación del cobre de la solución acuosa en forma económica.
El ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente usado en la lixiviación del cobre, por las razones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. El oxígeno atmosférico y el ion férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son los agentes oxidantes más económicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre.
2.4.4 Métodos de lixiviación
En la industria se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosa extractante en un espacio confinado. La selección del método de lixiviación depende de:
Características físicas y químicas de la mena
Caracterización mineralógica
Ley de la mena
Solubilidad del metal útil en la fase acuosa
La cinética de la disolución
Magnitud del tratamiento
Facilidad de operación
Reservas de mineral
Capacidad de procesamiento
Costo de operación y capital
Rentabilidad.
Los principales métodos de lixiviación son:
a) Lixiviación in situ o en lugar
b) Lixiviación en echaderos o botaderos c) Lixiviación en pilas o montones d) Lixiviación en bateas o tinas e) Lixiviación en reactores agitados
f) Lixiviación en autoclaves o reactores a presión
Por lo general, el método a aplicar está basado en la ley de cobre, magnitud de operación y la fuente de origen del sólido
2.4.5 Mineralogía del oro
La mineralogía del oro se caracteriza por presentar cristales corrientemente octaédricos, pocas veces presentan caras de dodecaedro, cubo o trapezoedro. Frecuentemente, en grupos arborescentes con cristales alargados en la dirección del eje de simetría ternaria, o aplastados según una cara del octaedro. Los cristales irregulares adquieren formas filiformes, reticuladas y dendríticas. Raras veces en cristales; normalmente, en placas irregulares, escamas o masas.
Mineralógicamente tiene una escala de dureza de 2,5 a 3 y una gravedad específica de 19,3, cuando es puro; puede bajar hasta 15 con la presencia de otros metales. Tiene fractura irregular, es muy maleable y dúctil.
Varias tonalidades de color amarillo, dependiendo de su pureza, se hace más pálido al aumentar el porcentaje de plata presente.
Entre el oro y la plata existe una serie completa de soluciones sólidas y la mayor parte del oro contiene plata, cuando este último está en proporción mayor al 20%, la aleación es llamada electrum. Puede haber cantidades pequeñas de cobre y hierro, así como trazas de bismuto, plomo, estaño, zinc y metales del grupo platino.
El oro se distingue de otros sulfuros amarillos (particularmente pirita y chalcopirita) y de las pajuelas amarillas de mica alterada, por su maleabilidad, su insolubilidad en el ácido nítrico y gran peso específico.
Funde fácilmente a 1063ºC. Es insoluble en los ácidos ordinarios, pero es soluble en agua regia.
Aunque el oro es un elemento raro, aparece en la naturaleza diseminado en pequeñas cantidades. Se halla corrientemente en filones que tienen relación genética con rocas ígneas de tipo silícico.
En algunas partes se ha encontrado íntimamente asociado a rocas ígneas. Gran parte aparece como metal nativo; el teluro y posiblemente el selenio son los únicos elementos que se le combinan en la naturaleza. La principal fuente de oro son los filones hidrotermales de cuarzo y oro, donde, junto con la pirita y otros sulfuros, el oro fue depositado por soluciones minerales ascendentes que los contenían.
El oro fue mezclado mecánicamente con los sulfuros, y no en forma de combinación química alguna. En la superficie terrestre y cerca de ella, los sulfuros que contienen oro normalmente están oxidados, dejándolo libre y haciendo así su extracción muy fácil. Los filones que contienen oro, sometidos a la acción del tiempo y meteorizados, liberan el oro que, o bien queda en el manto del suelo, o es arrastrado a los arroyos vecinos. En el suelo se produce una concentración residual, mientras que en los arroyos se originan los placeres. Debido a su gran peso específico, el oro se separa mecánicamente de los materiales más ligeros, de las arenas y gravas del lecho de la corriente, esto origina la formación de lavaderos naturales de oro o placeres; aquí el oro se encuentra en forma de granos redondos o aplastados, las pepitas.
Desde el punto de vista de la lixiviación, las menas de oro generalmente se clasifican en los siguientes grupos:
a. Menas de Óxidos simples que contienen partículas finas de oro nativo, ya sea en cuarzo o ganga o piedra caliza.
