Modelamiento fenomenológico de la fluidodinámica de la fase gaseosa y del balance de oxígeno al interior de una pila de biolixiviación

Abstract

Se ha desarrollado el modelamiento fenomenológico de la fluidodinámica de la fase gaseosa y del balance de oxígeno, en una dimensión, al interior de una pila de biolixiviación. Estos modelos pueden igualmente ser aplicados a columnas y botaderos. Los modelos fueron integrados a un modelo general de biolixiviación, ya existente y desarrollado por la empresa BioSigma. Se utilizaron las ecuaciones de conservación de masa y conservación de movimiento en los modelos de balance de oxígeno y fluidodinámica del aire, respectivamente. Para la discretización y resolución numérica de estas ecuaciones se empleó el método de volumen de control, el algoritmo SIMPLER y el algoritmo de Thomas. Se introdujo una modificación en la ecuación de movimiento para considerar el régimen de movimiento del aire por convección natural. También se desarrolló una expresión matemática para determinar el coeficiente global volumétrico de transferencia de oxígeno, a partir de la tasa de riego, el contenido de humedad, el tamaño promedio de partícula y la temperatura de la pila. Se realizó una calibración del modelo general con datos experimentales de una pila de biolixiviación, proporcionados por BioSigma. Al contrastar los resultados del modelo con las mediciones experimentales, se pudo verificar que la simulación generó una buena reproductibilidad de los datos reales. Una vez obtenidos los parámetros de ajuste, se realizaron estudios de sensibilidad del modelo general (considerando como caso base los parámetros de entrada y de operación de la pila de BioSigma) respecto a la tasa de aireación, temperatura, granulometría, ciclos de riego y reposo, y a los tamaños de pila, para analizar los cambios en los valores de recuperación de cobre, temperatura, actividad bacteriana, y tasa de transferencia de oxígeno y flujo de aire (en convección natural) al interior de la pila. Como principales conclusiones, los resultados del modelo general muestran que: 1) La tasa de aireación utilizada en la pila de BioSigma está sobredimensionada, dado que el modelo indica que al utilizar una inyección de aire 100 veces menor se lograría una recuperación de cobre similar; 2) El aumento de la tasa de aireación incrementa la temperatura promedio de la pila; 3) Un leve incremento de la tasa de aireación, en una pila sin inyección de aire, puede generar un mayor aumento de la recuperación de cobre en comparación a una pequeña alza de la temperatura del lecho; 4) El flujo de aireación al interior de la pila afecta de forma importante la actividad bacteriana; 5) El aumento de la tasa de transferencia de oxígeno es más significativo cuando se incrementa el flujo de aire que aumentando el valor del coeficiente global volumétrico de transferencia en la pila; 6) El coeficiente de transferencia de oxígeno es muy sensible a la tasa de riego; 7) Y para pilas de pequeñas dimensiones, en convección natural, el control de oxigenación del lecho mediante ciclos de riego y reposo no es efectivo.