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USO DE DRENAJES ÁCIDOS EN EL PRETRATAMIENTO DE SULFUROS POLIMETÁLICOS QUE CONTIENEN PLATA

Por: Gonzalo Larrabure y Juan Carlos F. Rodríguez-Reyes*, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Ingeniería & Tecnología – UTEC.

Resumen

Los esquemas de reutilización de residuos son importantes para asegurar una completa sostenibilidad en el procesamiento de minerales. El presente artículo explora la posibilidad de utilizar drenajes ácidos de minas y peróxido de hidrógeno para conducir un pretratamiento ácido oxidativo de sulfuros polimetálicos que contienen plata, esperando una mejor respuesta de los minerales en una posterior cianuración.

Adicionalmente se explora, con fines comparativos, el uso de pretratamientos de ácido sulfúrico con peróxido de hidrógeno, encontrándose bastante similitud en los resultados empleando el ácido comercial o el drenaje ácido de mina. Las muestras expuestas al pretratamiento ácido oxidativo consumen menores cantidades de cianuro durante la subsecuente lixiviación, debido a que dicho pretratamiento permite la eliminación de especies de cobre solubles. 

Si bien el uso de cualquiera de los pretratamientos no altera la extracción final de plata, sí acelera la cinética de la lixiviación. Teniendo en cuenta la necesidad de desarrollar esquemas sostenibles de procesamiento de minerales, este trabajo abre la posibilidad de llevar a cabo, de manera simultánea, procesos de eliminación de metales cianicidas en una muestra mineral y de disminución de la acidez de un drenaje ácido.  

Introducción

El procesamiento de sulfuros polimetálicos que contienen metales nobles es con frecuencia complejo debido a la naturaleza refractaria que muchos de dichos minerales exhiben durante la lixiviación. Una de las prácticas usuales para facilitar los procesos extractivos del metal de interés consiste en el uso de diversos pretratamientos, lo cual puede incrementar la eficiencia tanto desde la perspectiva de extracción de metales de interés como en términos de reducción del consumo de agentes lixiviantes [1]. Por ejemplo, se pueden emplear pretratamientos ácidos para remover cobre u otros metales antes de una lixiviación, para así evitar un consumo excesivo de cianuro durante el proceso [2], [3]

Por otro lado, la formación de drenajes ácidos asociada a la exposición de minerales sulfurados a la intemperie es causa de preocupación ambiental para las empresas mineras, pues en adición a las condiciones acídicas de estos efluentes, presentan concentraciones elevadas de metales en solución [4]. En virtud de lo anterior y alineado en el marco de la sostenibilidad de operaciones, surge como una alternativa la reutilización de los drenajes ácidos como sustituto o complemento de las materias primas ácidas requeridas para conducir el pretratamiento. 

En el presente artículo se discutirá acerca de la factibilidad de la alternativa mencionada, a partir de ensayos experimentales en los que se estudió tanto el consumo de cianuro como la extracción de plata al procesar un mineral sulfurado.

Cuerpo

El presente trabajo empleó una muestra de sulfuros polimetálicos que contenía plata. Mineralógicamente, la muestra se basa en pirita, esfalerita, galena, covelita y ganga silícea, con un contenido de plata de 136 g por tonelada, principalmente en forma de sulfosales o diseminada en otros minerales (por ejemplo, como galena argentífera). La composición elemental de la muestra, determinada por espectrometría de masas con plasma acoplada inductivamente (ICP-MS), se presenta en la Tabla 1.

Todas las pruebas de cianuración fueron conducidas en vaso, empleando 60 g de muestra de mineral pretratado o sin pretratar en 540 mL de solución de cianuro de sodio (2 g/L). Los experimentos fueron llevados a cabo por triplicado en vasos de precipitado de 1 L, sujetos a agitación a 120 RPM durante 5 horas y a un pH de 11, el cual fue controlado por adición de óxido de calcio. 

Los pretratamientos consistieron en introducir 70 g de mineral en 630 mL de solución ácida (pH 1) con 10% de peróxido de hidrógeno a 100 volúmenes. Las soluciones de pretratamiento pueden provenir del uso de ácido sulfúrico o de la utilización de un drenaje ácido de mina, el cual fue obtenido en zonas aledañas a la operación minera de donde proviene la muestra empleada. 

El pretratamiento se llevó a cabo durante tres minutos, con una agitación mecánica a 120 RPM. Desde una temperatura inicial igual a la del ambiente (~20 °C), la temperatura durante el pretratamiento aumentó hasta 57 °C y 58 °C para el pretratamiento con ácido sulfúrico y con el drenaje ácido, respectivamente. 

Al analizar las soluciones de pretratamiento usando ICP-MS, es posible definir la cantidad de metales disueltos en las muestras originales. Esta información se encuentra en la Tabla 2 e indica que el pretratamiento disuelve cantidades considerables de Cu y de Zn (ambos elementos cianicidas [5]), mientras que otros elementos no son disueltos. El porcentaje de hierro es más bien bajo debido a que la pirita puede hacer pares galvánicos con otros sulfuros, lo cual implica que la pirita se pasive y los sulfuros (tales como los de cobre y zinc) se disuelvan. Es importante resaltar que el pretratamiento no extrae cantidades apreciables de plata, tal como se aprecia en la Tabla 2.

La Figura 1 muestra la evolución de la extracción de plata durante 5 horas de lixiviación con cianuro para muestras del mismo mineral, previamente sometidas a dos pretratamientos ácidos oxidativos distintos, así como la comparación con los resultados hidrometalúrgicos para la lixiviación de la muestra sin pretratamiento. Tal como puede apreciarse, la extracción de plata luego de 5 horas es estadísticamente igual para muestras con y sin pretratamiento. Sin embargo, se identifica que la cinética de extracción de plata es más rápida para el caso de los minerales expuestos a los pretratamientos. 

Esto podría deberse a una de las siguientes razones: (1) el pretratamiento elimina o altera especies minerales que dificultan la difusión intrapartícula del cianuro o (2) la concentración de cianuro en la solución se mantiene invariable debido a la remoción de cianicidas, lo cual mejora la cinética de extracción de plata.

Por otro lado, la Figura 2 presenta la cinética de consumo de cianuro de sodio durante la cianuración de las muestras minerales que fueron o no sometidas a pretratamientos ácidos oxidativos. En este caso, se observa que cuando no se desarrolla un pretratamiento el consumo de cianuro será sustancialmente mayor, incluso desde los primeros 50 minutos de la lixiviación. Luego de las 5 horas, se identifica que el mineral que no fue pretratado consume aproximadamente 25 veces más cianuro de sodio que los minerales que fueron sometidos a los pretratamientos. 

Asimismo, se observa que el pretratamiento que utilizó el drenaje ácido de mina en combinación con peróxido de hidrógeno llegó a consumir una cantidad de cianuro de sodio ligeramente menor pero estadísticamente significativa que el pretratamiento que empleó ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno. 

Igualmente, durante la lixiviación de las muestras se siguió el porcentaje de cobre extraído, el cual fue al cabo de 5 horas de aproximadamente 30% para el caso de la muestra no pretratada y de 3% para las muestras pretratadas, tal como se aprecia en la Figura 3. 

Es interesante resaltar que las líneas de tendencia de extracción de cobre y de consumo de cianuro pueden ser superpuestas, lo que indica que el cobre es el principal elemento cianicida, de acuerdo a lo que se esperaba [2], [3], [6]. En ese sentido, se identifica que los dos pretratamientos ácidos oxidativos promueven la separación de parte del cobre presente en las muestras, antes de que estas sean llevadas a la etapa de cianuración, lo cual permite reducir el consumo de cianuro.

Un aspecto clave que debe ser contemplado al considerar el uso de drenajes ácidos como parte de pretratamientos es el efecto que ello tendría sobre los propios drenajes. En particular, es deseable que el pretratamiento consuma el ácido de estos efluentes, de modo tal que se eleve el pH y se propicie la precipitación de iones metálicos disueltos, lo cual reduce la toxicidad y peligrosidad de dichos drenajes. 

Con relación a ello, un estudio elaborado por nuestro equipo identificó que el uso de pretratamientos ácidos sobre un mineral basado en óxidos ocasionó el consumo de ácido [2], mientras que en el caso de una muestra basada en sulfuros el pretratamiento ácido oxidativo resulta en un incremento temporal de la concentración de ácido en el medio, aunque luego vuelve aproximadamente al valor original, es decir, una vez concluido el pretratamiento, se obtiene una solución con una acidez similar a la original [3]

Conclusiones

1. La sostenibilidad económica y ambiental en operaciones mineras y de procesamiento de minerales es un aspecto clave a considerar por las empresas que se desenvuelven en dichos rubros. 

2. En ese sentido, la utilización de drenajes ácidos como parte de soluciones que puedan ser empleadas para llevar a cabo pretratamientos resulta ser una alternativa conveniente debido a las siguientes razones: (a) el pretratamiento puede remover metales cianicidas del mineral, lo cual reduce el consumo de cianuro de sodio durante la lixiviación, (b) el pretratamiento no perjudica la extracción de metales nobles y (c) el uso de los drenajes ácidos constituye la reducción de la acidez de un efluente que conforma el pasivo ambiental de la empresa. 

3. Es de suma importancia que estas posibilidades sean estudiadas caso por caso, tanto para evaluar los beneficios descritos anteriormente, como para considerar posibles desventajas, tales como la disolución de metales de alto impacto ambiental (arsénico, antimonio) o desviaciones del comportamiento observado en escala laboratorio a medida que se consideran escalamientos. 

Agradecimientos 

Los estudios presentados han sido realizados en el marco de los proyectos de investigación financiados por FONDECYT – CONCYTEC y la Embajada Británica en Lima (contratos 154-2015 and 002-2016), así como también por el UNESCO/IUPAC/Phosagro Partnership for Green Chemistry for Life (Contrato 4500245048). 

Los autores agradecen a Melissa Jacome, Renzo Portilla y Karinna Visurraga, por el desarrollo de los experimentos. Gonzalo Larrabure forma parte del programa Real Life Experience (RLE) en UTEC.

Referencias bibliográficas

[1] A. Alarcón, C. Segura, C. Gamarra, and J. C. F. Rodriguez-Reyes. 2018. “Green chemistry in mineral processing: chemical and physical methods to enhance the leaching of silver and the efficiency in cyanide consumption,” Pure Appl. Chem., vol. 90, no. 7, pp. 1109–1120.

[2] R. E. Portilla et al. 2020. “Acidic pretreatment of a copper-silver ore and its beneficial effect on cyanide leaching,” Miner. Eng., vol. 149.

[3] D. Salas-Martell, G. Pareja-Guzman, J. Tello-Hijar, and J. C. F. Rodriguez-Reyes. 2020. “Leaching of a pyrite-based ore containing copper using sulfuric acid and hydrogen peroxide,” Int. J. Ind. Chem., vol. 11.

[4] A. Akcil and S. Koldas. 2006. “Acid Mine Drainage (AMD): causes , treatment and case studies,” J. Clean. Prod., vol. 14, pp. 1139–1145.

[5] K. L. Rees and J. S. J. Van Deventer. 1999. “The role of metal-cyanide species in leaching gold from a copper concentrate,” Miner. Eng., vol. 12, no. 8, pp. 877–892.

[6] A. D. Bas, E. Koc, Y. E. Yazici, and H. Deveci. 2015. “Treatment of copper-rich gold ore by cyanide leaching, ammonia pretreatment and ammoniacal cyanide leaching,” Trans. Nonferrous Met. Soc. China, vol. 25, no. 2, pp. 597–607.

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