Recuperación de cobre en relaves mineros vía lixiviación, usando un nuevo solvente verde

Abstract

El contexto nacional minero y su proyección, así como sugiere la tendencia a la exportación de concentrados y un aumento en la producción, también muestra el aumento en la generación de relaves mineros. Actualmente, se producen relaves a una tasa de 530 millones de metros cúbicos al año, a modo de ejemplificar, cada 36 horas la cantidad de relaves que se depositan equivalen a un cerro Santa Lucía, y se espera que en 20 años igual volumen se logre en 21 horas, es decir, un aumento en un 41,7%. En estos depósitos se encuentran elementos críticos potencialmente susceptibles a ser recuperados como por ejemplo el cobre, cobalto, REE y galio. Este trabajo tiene como objetivo la aplicación de un nuevo solvente verde del tipo líquido iónico para lixiviar minerales de cobre en relaves mineros. Esto, desde la síntesis del solvente, hasta el estudio del impacto mineralógico en las recuperaciones de cobre y hierro. Para ello se estudian geoquímica y mineralógicamente 5 muestras distintas, una de concentrado, tres de relave pertenecientes al depósito El Buitre (Tierra Amarilla) y una de relave proveniente del tranque Chancón (Rancagua). Se llevó a cabo la síntesis del solvente, que consistió en añadir ácido sulfúrico a Etilendiamina bajo condiciones controladas. El solvente obtenido se añadió junto a peróxido de hidrógeno como agente oxidante, obteniendo recuperaciones de 95% de cobre para el concentrado en 12 horas a una temperatura de 55ºC. Para las muestras de relave se obtuvieron cinéticas muy similares a pesar de tener composiciones diferentes, donde la velocidad de disolución de cobre es considerablemente rápida en las primeras 2 horas, para luego obtener un máximo de recuperación de cobre de 53,4% para la muestra de Chancón y en promedio de 45,9% para las muestras de El Buitre después de 24 horas. Lo anterior, con una densidad de pulpa del 10 g/L, 55°C y una velocidad de agitación de 550 rpm. Según las mineralogías se concluye que las principales gangas que pueden afectar a la eficacia en la lixiviación serían la calcita por su alta reactividad en ambientes ácidos compitiendo con los minerales de cobre, y por otro lado los minerales de hierro como la magnetita, hematita o pirita, considerando el efecto galvánico calcopirita – pirita y la importancia del hierro en el potencial rédox. Se aplicó el modelo de núcleo sin reaccionar a los resultados de cinética en concentrado, obteniendo que se ajusta mejor al control difuso. Para desarrollar una tecnología sustentable, no es suficiente realizar un proceso amigable con el medio ambiente, sino que debe ser rentable como negocio. Por lo cual se presentan una serie de consideraciones para evaluar el potencial del uso de este mecanismo de lixiviación en una operación real, dentro de las más importantes se encuentra el desarrollar un estudio geoestadístico de las leyes, para optimizar parámetros hidrometalúrgicos y con ello realizar un estudio de VAN y TIR para decidir la rentabilidad.

The national mining context and its projection, as well as suggesting a trend towards the exportation of concentrates and an increase in production, also show a rise in the generation of mining tailings. Currently, tailings are produced at a rate of 530 million cubic meters per year. To illustrate, every 36 hours, the amount of tailings deposited is equivalent to a Santa Lucía hill, and it is expected that in 20 years, the same volume will be achieved in 21 hours, representing an increase of 41,7%. In these deposits, there are critical elements potentially susceptible to recovery, such as copper, cobalt, rare earth elements (REE), and gallium. This work aims to apply a new green solvent of the ionic liquid type for leaching copper minerals in mining tailings. This includes synthesizing the solvent and studying the mineralogical impact on copper and iron recoveries. Geochemical and mineralogical studies are conducted on five different samples: one concentrate, three tailings from the El Buitre deposit (Tierra Amarilla), and one tailing from the Chancón tailings dam (Rancagua). The synthesis of the solvent involved adding sulfuric acid to ethylenediamine under controlled conditions. The resulting solvent was added along with hydrogen peroxide as an oxidizing agent, achieving 95% copper recovery for the concentrate in 12 hours at a temperature of 55°C. For the tailings samples, very similar kinetics were obtained despite their different compositions, with copper dissolution rates being considerably fast in the first 2 hours, followed by a maximum copper recovery of 53,4% for the Chancón sample and an average of 45,9% for the El Buitre samples after 24 hours. This was achieved with a pulp density of 10 g/L, 55°C, and an agitation speed of 550 rpm. According to mineralogical analysis, it is concluded that the main gangue minerals that may affect leaching efficiency are calcite due to its high reactivity in acidic environments, competing with copper minerals, and on the other hand, iron minerals such as magnetite, hematite, or pyrite, considering the chalcopyrite-pyrite galvanic effect and the importance of iron in redox potential. The unreacted core model was applied to the kinetics results in the concentrate, showing a better fit to diffuse control. To develop sustainable technology, it is not enough to carry out an environmentally friendly process; it must also be profitable as a business. Therefore, a series of considerations are presented to evaluate the potential of using this leaching mechanism in a real operation. Among the most important considerations is the development of a geostatistical study of ore grades to optimize hydrometallurgical parameters and thus conduct a Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR) study to decide on profitability