Un proceso innovador ofrece un enfoque rentable para obtener beneficios nuevos del material viejo

Los relaves legados de las minas de metal representan una fuente potencial importante de metal, considerada por mucho tiempo como una reserva mineral fácilmente accesible, si se encuentran procesos rentables. El nuevo proceso electrolítico DeMet (Tratamiento de Efluentes Metálicos vía Electrodos Dinámicos) permite ahora mejorar el producto de lixiviación convencional de bajo ley con el fin de incrementar los procesos de extracción por solventes (SX) y electro-obtención (EW) y facilitar la producción de metal nueva y económica de los relaves y los yacimientos marginales, y mejorar al mismo tiempo la sostenibilidad.

Problema

Los yacimientos de menor ley y el agotamiento de las reservas de metales accesibles en operaciones mineras activas están afectando las capacidades de producción y aumentando los costos frente a la constante demanda producto de la modernización global. Para luchar contra esto, los mineros buscan constantemente nuevas fuentes de mineral, además de mejores técnicas de extracción y procesamiento de mineral. El tratamiento de relaves generados por las operaciones anteriores con leyes de corte superiores, a menudo a través de la lixiviación en botaderos de bajo costo, ha sido considerado durante décadas, con éxito limitado, como una potencial fuente de mineral metálico fácilmente disponible. En la mayoría de los casos, el producto de lixiviación (solución cargada de lixiviación o “PLS”) que contiene estos metales valiosos es de baja ley y demasiado débil para el procesamiento económico mediante los métodos SX-EW convencionales. Aunque las tecnologías de fortalecimiento de PLS (como la extracción de iones y la filtración por ósmosis inversa) y la recuperación directa de metales mediante las técnicas EW avanzadas han sido consideradas para trabajar con PLS de relaves lixiviados y de baja ley, éstas se han logrado con un éxito comercial limitado.  Como consecuencia de ello, existe una brecha en materia de capacidades para la utilización del mineral disponible en los relaves mediante las tecnologías convencionales.

Una Solución Eficiente
La tecnología electrolítica DeMet puede abarcar esta diferencia de capacidades e incrementar las operaciones de lixiviación y SX-EW convencionales para complementar a la perfección las operaciones de obtención o extracción estándares y permitir una producción nueva e inmediata de metal de los relaves lixiviados. Ésta puede facilitar la producción de metales de los relaves, ya sea seleccionando la generación directa de metales de PLS de baja ley o bien fortaleciendo el PLS débil obtenido mediante la lixiviación convencional de minerales con grado estéril. El resultado del tratamiento de fortalecimiento es una solución limpia cargada con el producto de metal objetivo, listo para la extracción vía el SX convencional. Específicamente diseñado para el tratamiento práctico de soluciones cargadas de metal diluido, la capacidad de recuperación de metales de DeMet permite nuevas posibilidades para la recuperación de metales rentable mediante la lixiviación de relaves de baja ley y ha probado ser eficaz a través de diferentes muestras de metales y PLS. Éste es muy versátil y adaptable a las necesidades específicas, dando lugar a un conjunto de posibilidades de tratamiento para procesar los metales disueltos objetivos de manera rentable y selectiva en una variedad de formas de productos deseables.

Implementación de DeMet

2-Figure-4A-Enhanced-Tailings-Production-Sp

Las operaciones que se pueden beneficiar más fácilmente del incremento de DeMet son las instalaciones industriales antiguas y abandonadas, las minas activas con cantidades importantes de relaves antiguos de fácil acceso y las minas más antiguas con operaciones de lixiviación que enfrentan el agotamiento del mineral fácilmente lixiviable y el mineral que cumple con leyes de corte económicas y tradicionales, pero con reservas de mineral con abundante baja ley o difíciles de lixiviar. El incremento de dichas operaciones con DeMet puede abrir el camino a la nueva producción de metal lixiviado de los relaves o minerales marginales o difíciles de lixiviar que son considerados actualmente como residuos.

3-Figure-4B-Modeled-Production-rev-SP

Lixiviación de Relaves Incrementada:  Se considera un caso representativo del incremento de una operación de lixiviación en pila o botadero tradicional con un circuito SX-EW a una capacidad de diseño de 10,000 GPM/79 M lbs/año a un tenor de PLS de 2 g/L de cobre.  Se toma el PLS de lixiviación original que contiene 1.5 g/L de cobre con 1.5 g/L de ión férrico (donde el material férrico se extrae durante el pre-tratamiento de DeMet). Esto comúnmente genera una EW de 62.7 M lb/año, la cual capta el 95%, ó 59.6 M lbs/año, representando una capacidad del 75%. Una nueva operación de lixiviación se ha configurado para lixiviar el mineral objetivo (relaves o mineral marginal) para regresar la producción a plena capacidad, y generar un PLS de baja ley, el cual se introduce en la planta DeMet, junto con una parte de PLS de la operación de lixiviación original. Esto equilibra la entrada de SX dando espacio para el producto concentrado de DeMet. El producto DeMet de 3 g/L de cobre es generado y devuelto al PLS original para su procesamiento para obtener metal de cobre vía el circuito SX-EW. Aunque se puede generar fácilmente un producto DeMet más fuerte, que por lo general mejora la  economía del proceso, aquí se realizó en 3 g/L de cobre para mayor claridad del análisis, ya que para un producto más fuerte se requiere considerar los efectos del cambio de pH en los procesos.

Economía Modelada a Escala:  El modelo económico para implementar el incremento de DeMet se basa en diferentes resultados representativos de una planta piloto, más aquellos analizados más adelante en este artículo. Generalmente, el costo de la recuperación del cobre, la cobertura de la unidad específica y el gasto de capital del sistema para una capacidad de producción dada disminuyen con el incremento del tenor de cobre de PLS y escala sub-linealmente con el incremento de la capacidad de la velocidad del flujo del sistema de tratamiento. Concretamente, el costo total de la producción (end-to-end) para el cobre nuevo generado de la lixiviación de relaves contiene el costo del tratamiento de DeMet, el costo total de la producción del costo de las operaciones existentes (tomado como $1/lb de cobre) y el costo de la operación de lixiviación nueva. 

4-Figure-2-Treatment-SP

El costo del cobre proveniente de la pila original, desviado a través de la operación de DeMet, incluye el costo del tratamiento de DeMet y el costo de la producción total del costo de las operaciones existentes. El análisis fue realizado para varios tenores de PLS que abarcan el rango de concentración esperado de la lixiviación de relaves del mineral de cobre, utilizando el rendimiento medio de DeMet y los parámetros de costo; los resultados tabulados se muestran en la figura de abajo. La producción, económicamente viable debido a la operación incrementada, se logra para un tenor PLS de relaves tan débil como 0.2 g/L de cobre, con costos totales previstos de producción que por lo general están por debajo de $ 2/lb, proporcionando un margen bruto superior al 38% a las expectativas del precio promedio actual del cobre de $3.25/lb.

Se realizó una aplicación específica al sitio a una operación de lixiviación y SX-EW en una mina en operación, comparable al ejemplo anterior y donde la lixiviación de relaves proporciona un tenor de PLS de 0.33 g/L de cobre con 1.7 g/L de hierro férrico, utilizando los valores suministrados por la mina. El análisis encontró que con el incremento de DeMet y la lixiviación de relaves a 26,800 GPM, el proceso de producción total podría incrementarse en aproximadamente 32%, con un costo incremental nuevo de la producción total de cobre de $1.85 a $1.95 y un periodo esperado de retorno de la inversión del proyecto inferior a seis años.

Visión General del Proceso
DeMet utiliza una innovadora tecnología para la plataforma de recuperación de metal eléctricamente activada y selectiva, desarrollada durante ocho años por el equipo de BPS. El proceso ha dado lugar a cuatro patentes emitidas con varias patentes adicionales pendientes. El método fue originalmente creado con apoyo del Programa de Investigación Superfund del Instituto Nacional de Ciencias de Salud Ambiental (NIEHS), para convertir los residuos en recursos y recuperar económicamente los metales del Drenaje Ácido de Rocas (ARD) de los sitios mineros e industriales heredados. El Departamento de Energía de EE.UU. (2011-2012) promovió su adaptación para permitir la producción de cobre con menor consumo de energía y por consiguiente reducir notablemente el impacto de los gases de efecto invernadero de la producción de una libra de cobre. Los avances tecnológicos mejoran el débil rendimiento de la solución y permiten a DeMet superar las limitaciones tradicionales al proporcionar nuevas capacidades funcionales. Las ventajas creadas se conservan cuando la solución más fuerte es tratada mediante este método.

El proceso del tratamiento electroquímico de DeMet está compuesto por dos etapas que pueden ser utilizadas continuamente, ya sea por separado o juntas, para satisfacer las necesidades específicas del cliente. En la primera etapa (carga), el metal objetivo es extraído del flujo de alimentación no tratado y cargado eléctricamente (electro-depositado) en un sustrato electro-activo. En la segunda etapa (descarga (stripping)) se extrae el metal cargado del sustrato y se descarga dentro de una solución de producto donde puede ser acumulado y concentrado. De esta manera, el metal extraído de un flujo de PLS débil, como aquel de la lixiviación de relaves, puede ser regenerado como un producto, limpio y fortalecido a los niveles útiles y adecuados para el normal procesamiento de SX-EW en un ciclo continuo. La primera etapa del proceso controla en general la eficacia y la tasa del procesamiento de metal del proceso de tratamiento de DeMet. Esto determina el límite práctico de debilidad del tratamiento de PLS y, a través del tenor del PLS, qué tan pobre puede ser la ley del yacimiento o relaves a procesar, utilizando las capacidades de lixiviación actuales. Los avances de DeMet producen un rendimiento que supera las limitaciones tradicionales de EW, permitiendo por consiguiente el procesamiento práctico de los flujos más débiles y un tratamiento más eficiente que aquel logrado mediante los métodos comerciales convencionales de EW. A diferencia de la mayoría de los métodos de concentración convencionales, el proceso electrolítico de DeMet permite incrementar las concentraciones de producto a mayores niveles, con un mínimo costo agregado al costo de captación de metal básico.

Evaluación del Rendimiento

5l-Figure-3A-Concentrating-Power-SP

5m-Figure-3B-Conc

5r-Figure-3C---Metal-Capture-SP

La evaluación del rendimiento del tratamiento de DeMet de PLS de lixiviación acídica del cobre en varias minas en operación, ofrece un modelo de interés industrial con resultados representativos que ilustran las principales mediciones del rendimiento. La recuperación eficiente del cobre a tasas prácticas se extiende hasta 0.2 g/L de cobre, más allá del tope económico de 0,5 g/L característico de la industria y apropiado para un PLS de baja ley que se puede esperar de la lixiviación de relaves. Las resistencias elevadas del producto que exceden fácilmente los requisitos de la fortaleza económica de entrada del SX también son fácilmente logradas a costos eléctricos de tratamiento muy por debajo del EW convencional. A través de su diseño, específicamente para su uso con soluciones muy débiles, DeMet ofrece la posibilidad de utilizarlo y tener éxito con soluciones mucho más débiles que aquellas consideradas previamente como viables. 

La capacidad de DeMet para generar un producto limpio y fortalecido, adecuado para su introducción en una alimentación de SX, se comprueba en su capacidad para generar un producto altamente concentrado a una tasa constante y de alta eficiencia, incluso de entradas muy débiles. El Panel A de la siguiente figura muestra que la resistencia resultante del producto no está significativamente limitada por la resistencia del flujo de entrada; el producto es fortalecido a una tasa uniforme aún cuando la resistencia de entrada disminuye de 2 g/L de cobre a 0.05 g/L durante el periodo de operación. Una resistencia de producto superior a 11 g/L de cobre puede ser fácilmente generada y puede representar un fortalecimiento superior a 50X de la alimentación de entrada de DeMet. 

La adaptación adicional a la medida de la operación y configuración de la unidad para las condiciones y necesidades específicas pueden incluso permitir un mayor fortalecimiento para generar flujos de producto lo suficientemente resistentes para que los excavadores extraigan de manera económica el metal tratado vía SW. El Panel B muestra el costo eléctrico de la electro-activación de DeMet (kWhr/lb de cobre) para extraer y concentrar el metal. Éste es solamente cerca de la mitad del requerido por los métodos convencionales de EW bajo condiciones comparables y aún así produce un mejor costo, incluso para soluciones mucho más débiles que aquellas consideradas comúnmente como factibles para el EW tradicional.

Como se indicó previamente, la etapa 1 (Carga) controla la tasa y la eficacia en general en que el proceso de DeMet puede ser aplicado y por lo tanto define el rango de utilidad práctico. El Panel C presenta los resultados representativos de la extracción de cobre para las muestras de PLS de las minas de cobre operativas e ilustra la eficacia de la captación de cobre como una función de la resistencia del cobre a la entrada del flujo de alimentación (g/L). A 200 A/m2, DeMet promedió una eficacia eléctrica de captura del 91% para las entradas que contienen de 1.7 g/L a 0.2 g/L de cobre y exhiben un potencial en celda de 1 Vdc (a 1 g/L de cobre) para producir el correspondiente costo de activación eléctrica para una captura del metal de sólo 0.42 kWhr/lb. Las tasas más altas del tratamiento elevan el potencial de la celda y reducen un poco la eficacia del tratamiento. A 350 A/m2, el potencial de la celda se eleva a 2 Vdc (a 1 g/L de cobre) mientras que la eficacia eléctrica de la captura de metal aún promedia un 73% de 1.8 g/L a 0.3 g/L de cobre. Incluso se puede lograr un mejor rendimiento cuando se tratan flujos más fuertes. Las tasas de tratamiento más bajas reducen el potencial de la celda y permiten el procesamiento eficiente de las soluciones más débiles, pero conducen a sistemas más grandes y más costosos que cuestionan la factibilidad del proceso en general. Por ejemplo, a 100 A/m2 más del 80% de la eficacia de captura se puede mantener hasta en 0.05 g/L y el costo de la activación eléctrica se reduce aproximadamente a la mitad (potencial en celda de 0.5 Vdc a 1 g/L de cobre) comparado con una operación a 200 A/m2.

Características que Mejoran la Eficiencia
DeMet alcanza su rendimiento superior y nuevas funciones como resultado de las características avanzadas que permiten el control y la manipulación independiente de los parámetros de procesamiento clave. El diseño del sistema es hermético, mejora la liberación incontrolada de los gases generados como subproductos de reacción, y es factible para la automatización de la recolección del producto y el reemplazo de insumos clave, reduciendo los costos laborales y operacionales. DeMet utiliza un electrodo de gran superficie que extiende las reacciones en más de diez veces, comparado con los electrodos convencionales tipo lámina, resultando en voltajes de funcionamiento inferiores (mejores), menos reacciones secundarias y pérdidas de eficiencia, y en general un proceso más suave, mientras se derivan las limitaciones de EW tradicionales para extender el rango y factibilidad de su uso. El electrodo es también dinámico, un aspecto que modera los cortocircuitos problemáticos derivados de la formación de dendritas que son un reto constante para los procesos basados en la electrodeposición. Al emplear un diseño de celda dividida, se mantiene a los productos separados de los electrodos, lo cual controla la contaminación de la reacción y el flujo de fluidos para permitir adaptar mejor la solución tratada y el producto a las necesidades del cliente, mientras que también se reduce el consumo de energía en hasta un 50%. El resultado es un proceso objetivo enormemente mejorado con la nueva capacidad de generar un producto concentrado que las celdas de EW convencionales no pueden.

Desarrollo de la Solución Específico al Sitio

6-Figure-5-Advances-and-Benefits-SP

 

Los tratamientos personalizados de DeMet son desarrollados a través de la evaluación química específica al sitio y la validación mediante ensayos de alcance rápidos y de bajo costo, culminando con las pruebas de verificación piloto en terreno mediante la integración de Slip-stream. Esto verifica el rendimiento bajo las condiciones únicas de la mina, mientras define las tendencias específicas al sitio para los análisis de costo/beneficio, y personalización a gran escala de la solución de DeMet antes de la implementación del sistema estándar y por etapa para reducir el riesgo y maximizar el beneficio. Una pequeña unidad DeMet, alojada en un contenedor de embarque hecho a la medida de 20 pies, proporciona una planta piloto de pruebas portátil y autónoma, operada manualmente con controles básicos que permiten máxima flexibilidad operacional. Los parámetros controlables importantes y del proceso son monitoreados electrónicamente, lo que permite realizar registros continuos en tiempo real de los principales parámetros para la evaluación de métricas de rendimiento y económicas clave con el fin de desarrollar  tendencias de operación y rendimiento.

DeMet proporciona ahora una nueva oportunidad para incrementar la producción y prolongar la vida útil de la mina en las operaciones de las instalaciones industriales antiguas y abandonadas, ofreciendo la recuperación de los valores económicos de los relaves antiguos mediante la extracción eficaz del metal desde el PLS de baja ley y actualizándolo a una forma adecuada para su conversión económica en metal mediante el SW-EW convencional. Al superar las barreras clave para su aplicación en flujos muy débiles y proporcionar la capacidad de generar eléctricamente un producto concentrado, es posible contar con soluciones de tratamiento versátiles y selectivas para convertir los residuos minerales en productos de producción. El modelo de aplicación para los relaves de cobre antiguos, en sitios donde el PLS ha disminuido en relación a los objetivos del diseño, indica que se pueden lograr aumentos significativos de la producción con márgenes convincentes. Se espera que el NUEVO incremento de la producción de cobre tenga un costo total inferior a $2/lb y puede permitir una importante prolongación de la vida útil productiva de las minas.

Patrick James, Ph.D., (pijames@bps09.com) es presidente de Blue Planet Strategies, una empresa ubicada en Wisconsin, EE.UU. la cual se especializa en el desarrollo del sistema electro-químico para las aplicaciones mineras.

Compartir