Estudio del comportamiento térmico en pilas de biolixiviación

Abstract

La Biolixiviación de cobre en pilas es un método utilizado actualmente por la industria, siendo de gran interés para minerales sulfurados. La rentabilidad de este proceso depende de diversos factores, especialmente de la temperatura de operación de la pila, ya que los microorganismos utilizados son muy sensibles a su variación teniendo un rango óptimo de operación, en el cual su eficiencia se ve mejorada aumentando la velocidad de extracción del cobre. El objetivo de este trabajo es el estudio del comportamiento térmico de una pila de biolixivación a través de un modelo físico-matemático y simulaciones termo-fluidodinámicas que consideren tanto los efectos ambientales, como la generación de calor al interior de la pila. Se presenta un modelo matemático que considera el estado multifásico del sistema, donde coexisten la fase sólida del material apilado, la líquida del fluido de irrigación y la gaseosa de la aireación, describiendo las principales ecuaciones que intervienen tanto en el transporte de momentum y de energía en medios porosos. Se realizan simulaciones en el software COMSOL Multiphysics para un sistema simplificado que considera un medio saturado en fluido cuyo campo de velocidad es descrito con la Ley de Darcy, además de la transferencia de calor considerando los términos de fuente y los fenómenos de borde. Se observa que la generación de calor volumétrica es el principal factor para mantener altas temperaturas en la pila. La convección interna debido al fluido de irrigación también tiene importancia en la temperatura alcanzada por el medio, al aumentar al doble la tasa de irrigación disminuye la temperatura promedio entre 7,5 [K] y 10,5 [K]. Cubrir la pila atenúa los fenómenos de contorno disminuyendo la evaporación, logrando un aumento en la temperatura promedio de 3,5 [K] en verano y de 5,75 [K] en invierno, lo cual es un aporte moderado. Aumentar la temperatura del fluido de irrigación en 10 [K] presenta un aumento entre 1,5 [K] a 2 [K] en la temperatura promedio de la pila, siendo un aporte despreciable con respecto a los costos que puede involucrar el aumento de la temperatura de irrigación.