Sergio Castro, Gerente General de Castro Ingeniería.
Introducción
La LIXIVIACIÓN CLORURADA se aplica a minerales primarios (calcopirita, bornita).
En la etapa de aglomeración y curado se emplea sal común sólida (NaCl) y ácido sulfúrico. Opera con 80-90 gpl de ion cloruro y pH entre 1.0 y 2.5. Usa temperaturas entre 35° y 45°C, e inyección de aire en la base de la columna (o pila de lixiviación).
En estas condiciones, se forman importantes complejos clorurados de Cu y Fe, que aceleran la disolución de calcopirita.
Breve historia
El proceso CuproChlor se implementó en Minera Michilla el 2001, para lixiviar concentrados de Cu en pilas, a temperatura y presión ambiente (patente 40,891 Chile, y el 2004, patente 7,491,372 B2 USA) Se declaran extracciones de Cu cercanas a 90%, en minerales secundarios, con ciclos de lixiviación de 120 días. En la aglomeración, se usó cloruro de Ca (CaCl2), lo cual permitió mejorar las propiedades de percolabilidad de las pilas (por formación de CaSO4).
Posteriormente, el 2018, se desarrolló el proceso Cuprochlor-T en Antofagasta Minerals, en este caso aplicando temperatura (30°C) para lixiviar minerales primarios. Un inconveniente es el alto costo del cloruro de calcio.
Aglomerado y curado
La reacción entre ácido sulfúrico concentrado y NaCl sólido produce HCl gaseoso, y, además, libera una gran cantidad de calor.
Una parte del HCl gas es retenido por la humedad del mineral formando HCl aq.
Si durante el tiempo de reposo se mantiene una temperatura entre 30-45°C, con acceso de aire, se consigue una intensa reacción de sulfatación, que reduce el tiempo de riego posterior.
Mecanismos químicos
En la lixiviación sulfúrica convencional de calcopirita ocurren 2 problemas: (a) el ion cuproso disuelto precipita como cloruro cuproso (CuCl); y (b) la lixiviación se detiene por formación de una capa compacta de azufre elemental sobre la calcopirita.
Sin embargo, en un medio clorurado, el ion cuproso se estabiliza como un complejo clorurado soluble (CuCl2–).
Además, en medio clorurado la capa de azufre elemental (S0), o de polisulfuro, cambia su morfología, formando una capa porosa que mejora la lixiviación de calcopirita (la reacción cambia de control difusional a control químico).
Una vez formado el complejo cuproso (CuCl2–), este se oxida por efecto del oxígeno (etapa de aireación), para formar el complejo clorurado cúprico (CuCl+), uno de los agentes oxidantes más eficaces en la lixiviación de calcopirita.
El complejo clorurado cúprico (CuCl+), también es capaz de oxidar al cloruro ferroso (FeCl2), formando el complejo clorurado férrico (FeCl2+), que es un conocido oxidante en la lixiviación de calcopirita.
En resumen, en medio clorurado la calcopirita se lixivia por oxidación, tanto por el complejo clorurado cúprico (CuCl+), como por el complejo clorurado férrico (FeCl2+). Las reacciones son las siguientes:
En medio acuoso, dependiendo de la concentración de cloruro se forman diferentes complejos de Cu.
Si se define pCl =- log[Cl−], se obtiene un parámetro análogo al concepto de pH, es decir, a mayor concentración de cloruro, menor valor de pCl.
En la Figura 2 se observa que a altas concentraciones de cloruro (bajo valor de pCl), se forma de manera estable el complejo cuproso (CuCl2–), y que este se oxida a mayores potenciales formando el complejo cúprico (CuCl+),
La termodinámica muestra que para oxidar los iones CuCl2– a la especie cúprica CuCl+, el potencial debe estar por sobre +500 mV (SHE); y la concentración de cloruro alrededor de 1M. La reacción química es la siguiente:
Es importante generar estas condiciones durante la lixiviación clorurada, lo cual exige una alta concentración de ion cloruro y una tasa de aireación adecuada.
Sin embargo, se destaca que gran parte del éxito del proceso depende de la etapa de aglomerado/curado/reposo.
Conductividad hidráulica
La conductividad hidráulica (volumen de poros del lecho poroso), puede estar limitada por la granulometría (P80), altura de las pilas, o alta viscosidad de la solución lixiviante y PLS.
En minerales con gangas alteradas (arcillas y micas) es frecuente un mayor contenido de finos, formados por conminución y/o molienda química, disminuyendo la tasa de riego y aumentando el nivel freático.
Agentes aglomerantes
En minerales arcillosos, la extracción de Cu y la tasa de riego están limitadas por baja conductividad hidráulica. Esto se mitiga con aditivos químicos en la etapa de aglomeración (p. ej., el cloruro de Ca). El uso de agentes aglomerantes logra un aumento de la permeabilidad líquida y gaseosa del lecho poroso.
