Sostenibilidad y eficiencia en la extracción de metales: Avances en los métodos de lixiviación, flotación y electroobtención

• Elizabeth Garces Isaza
• Jul. 10, 2023

INTRODUCCIÓN

 

La extracción de metales es de suma importancia en la actualidad debido a la creciente demanda de diversas industrias, como la electrónica, la construcción y el transporte. Además, la transición hacia una economía baja en carbono ha impulsado la necesidad de minerales críticos necesarios para lograr un futuro sostenible a largo plazo, especialmente en el campo de las energías renovables. En este contexto, los avances en los métodos y técnicas de extracción y separación de metales desempeñan un papel fundamental al optimizar la eficiencia de los procesos y promover prácticas más sostenibles en el sector minero.

 

Estos avances han llevado a mejoras significativas en la eficiencia de extracción, lo que permite una mayor recuperación de metales valiosos. Asimismo, se ha logrado reducir la generación de residuos y las emisiones de sustancias contaminantes, lo que contribuye a la protección del medio ambiente. La optimización de los procesos de separación y purificación también ha permitido minimizar la liberación de subproductos no deseados, evitando así posibles impactos ambientales negativos.

 

Además, las técnicas avanzadas de extracción y separación de metales han abierto nuevas posibilidades para utilizar fuentes alternativas de metales, como los desechos de la minería y el procesamiento. Estas técnicas avanzadas permiten la recuperación de metales valiosos, cerrando el ciclo de vida de los materiales y ampliando las fuentes disponibles para satisfacer la creciente demanda.

 

Entre los métodos destacados se encuentran la lixiviación, la flotación y la electroobtención. Los avances en estos métodos no solo mejoran la eficiencia de extracción, sino que también contribuyen a la reducción de residuos y emisiones, al uso eficiente de recursos y energía, y a la promoción de prácticas sostenibles en la industria minera.

 

Los avances en las respectivas técnicas de extracción y separación de metales son vitales para maximizar la eficiencia y la sostenibilidad en el sector minero. Estas mejoras permiten una mayor recuperación de metales valiosos, reducen los impactos ambientales y fomentan la utilización de fuentes alternativas.

 

Figura 1. Planta de procesamiento mineral

 

1. LIXIVIACIÓN

1.1 Qué es la lixiviación ?

La lixiviación es un método utilizado en la extracción de metales que consiste en la disolución selectiva de los componentes valiosos de un mineral mediante el uso de un agente lixiviante, como un líquido o una solución química seleccionada en función de las caracteristicas del mineral, las reservas y el valor potencial del yacimiento. Es una etapa fundamental en el procesamiento de minerales, ya que permite obtener los metales de interés de manera eficiente.

 

Este método es reconocido por su capacidad para extraer metales valiosos de minerales de baja ley o de minerales refractarios que no son económicamente viables de tratar mediante otros métodos. Además, la lixiviación es versátil y se adapta a una amplia gama de minerales y puede ser aplicada en operaciones a gran escala o en pequeña escala. Esta se aplica a una amplia gama de metales, como cobre, oro, uranio, níquel, entre otros.

 

1.2 Técnicas de lixiviación

Lixiviación en tanques agitados:

Esta técnica implica el uso de tanques o reactores donde se mezclan los minerales con un agente lixiviante, como una solución quimica o ácida, durante el proceso se genera una agitación mecánica en el tanque que promueve una mayor interacción entre el agente lixiviante y el mineral, esto facilita la transferencia de masa y mejora la eficiencia de la lixiviación al aumentar la superficie de contacto. El objetivo es permitir que los componentes valiosos del mineral se disuelvan y se separen de los componentes indeseables.

 

Esta técnica permite una mayor velocidad de lixiviación y una mayor eficiencia en comparación con otras técnicas, lo que resulta en mayor recuperación de minerales valiosos. Es comúnmente utilizada para la extracción de minerales como oro, plata, cobre y zinc, para esto las condiciones de agitación, la concentración de agente lixiviante, la temperatura y otros parámetros pueden variar según el mineral y los objetivos especificos del proceso.

 

Figura 2. Diagrama del reactor de tanque aireado y agitado

 

Lixiviación  en pilas:

Técnica que consiste en la disposición de mineral triturado o apilado en capas sobre una base impermeable en forma de pila o montón, sobre la cual se rocía una solución lixiviante, generalmente ácido o cianuro, para disolver los metales valiosos presentes en el mineral. A medida que la solución lixiviante se filtra a través de la pila, se disuelven los metales valiosos y forman una solución rica en estos componentes, esta solución se recoge en la base de la pila y se lleva a una planta de procesamiento donde se realiza la extracción y recuperación de los metales deseados.

 

 

Lixiviación in situ:

Este tipo de lixiviación se lleva a cabo directamente en el yacimiento mineral, sin la necesidad de extraer físicamente el mineral y transportarlo a una planta de procesamiento, en lugar de esto, se inyecta una solución lixiviante en el yacimiento a través de pozos o perforaciones. La solución lixiviante atraviesa el yacimiento y disuelve los metales valiosos presentes en el mineral, a medida que la solución se mueve a través del yacimiento, se recoge en pozos de extracción y se lleva a una planta de procesamiento donde se realiza la extracción y recuperación de los metales deseados.

 

 

Lixiviación  ácida:

En esta técnica se utiliza una solución ácida para disolver los componentes valiosos de un mineral, para esto se añade un ácido a la mena mineral con el fin de crear un ambiente ácido que favorezca la disolución de los metales de interés. El ácido más comúnmente utilizado en la lixiviación ácida es el ácido sulfúrico (H2SO4), aunque también se pueden emplear otros ácidos como el ácido clorhídrico (HCl). La solución ácida se hace pasar a través del mineral, permitiendo que los metales se disuelvan y formen complejos solubles en el medio ácido.

 

 

Lixiviación  selectiva: 

Esta técnica se utiliza para disolver selectivamente los componentes valiosos de una mena mineral, dejando intactos los minerales indeseables o de poco valor, a diferencia de la lixiviación convencional, donde se disuelven todos los componentes presentes en el mineral, la lixiviación selectiva permite una separación más eficiente y específica de los metales de interés. En este caso, se utilizan reactivos químicos o condiciones de proceso específicas que promueven la disolución selectiva de ciertos minerales o metales, esto se logra mediante la manipulación de parámetros como la concentración del reactivo, el pH de la solución, la temperatura y el tiempo de contacto.

 

La lixiviación selectiva es ampliamente utilizada en la extracción de metales como el oro y la plata, donde se busca disolver y recuperar específicamente estos metales, dejando los minerales de ganga intactos. También se utiliza en la extracción de metales estratégicos o críticos, donde se requiere una alta selectividad para asegurar una recuperación eficiente.

 

Esta técnica puede realizarse en diferentes configuraciones, como en tanques agitados, en pilas o en sistemas de lixiviación en columna, dependiendo de las características del mineral y de los objetivos del proceso. Es una técnica que requiere un control riguroso de los parámetros de proceso y una monitorización constante para lograr la selectividad deseada y una alta eficiencia de recuperación. Su ventaja es que permite maximizar la recuperación de los metales de interés mientras se minimiza la disolución de minerales no deseados, esto conduce a una mayor eficiencia en la extracción y a una reducción de los costos y del impacto ambiental asociado con la gestión de residuos.

 

Conoce más sobre  la lixiviación selectiva  en el siguiente video:

 

 

 

 

Lixiviación bacteriana:

También conocida como biolixiviación o lixiviación bioquímica, es un proceso de extracción en el que se utilizan microorganismos, como bacterias y hongos, para disolver los minerales y liberar los metales de interés. Este enfoque utiliza las propiedades bioquímicas de los microorganismos para oxidar los minerales y generar soluciones ricas en metales.

 

Durante la lixiviación bacteriana, los microorganismos liberan compuestos como ácidos orgánicos y ácido sulfúrico, que disuelven los minerales y liberan los metales. Estos microorganismos se cultivan en un ambiente controlado, proporcionando las condiciones óptimas de temperatura, pH, nutrientes y oxígeno para promover su actividad metabólica y maximizar la disolución de los minerales.

 

Uno de los beneficios clave de la lixiviación bacteriana es su capacidad para trabajar a temperatura ambiente, lo que reduce los costos energéticos en comparación con los métodos de lixiviación convencionales que requieren altas temperaturas. Además, la lixiviación bacteriana puede ser aplicada a minerales de baja calidad que no serían económicamente viables de procesar de otra manera, esta técnica es particularmente eficaz en la extracción de metales de minerales refractarios o de baja ley que son difíciles de tratar mediante métodos convencionales. Esta técnica ha demostrado ser exitosa en la extracción de diversos metales, como cobre, níquel, zinc, uranio y oro. Además, este enfoque ofrece beneficios ambientales, ya que reduce la necesidad de utilizar sustancias químicas tóxicas, como cianuro, en el proceso de extracción.

 

Figura 6. Lixiviación bacteriana de cobre

 

1.3 Avances en el método y las técnicas de lixiviación

Las técnicas de lixiviación han ido evolucionando a través del tiempo adaptándose a las distintas necesidades que se presentan para una diversidad de casos y requerimientos, de manera general algunos de los avances que se han venido desarrollando son:

 

i. Investigación y utilización de sustitutos más sostenibles del cianuro, como sustancias químicas a base de sal sódica de s-triazinetrona carbonizada y tiosulfatos de amonioex, permitiendo una lixiviación más rápida y una tasa de recuperación más alta.

ii. Uso de sustancias lixiviantes ecoamigables a partir de productos orgánicos y biodegradables, que ofrecen una alternativa más segura y menos perjudicial para el medio ambiente.

iii. Implementación de tecnologías en planeamiento metalúrgico, software de modelamiento y análisis de data en los procesos de extracción de metales.

iv. Técnicas de lixiviación oxidantes mediante sustancias químicas.

v. Degradación de cianuro en residuos mineros.

 

Conoce más sobre  simulación dinámica de pilas de lixiviación en METSIM  en el siguiente video:

 

 

 

 

2. FLOTACIÓN

2.1 Qué es la flotación?

La flotación es un método ampliamente utilizado en la industria minera para la separación de metales y minerales a partir de sus minerales de origen. Este proceso se basa en la capacidad de ciertos materiales de adherirse a burbujas de aire en una suspensión acuosa, lo que permite su separación selectiva de otros materiales.

 

En la flotación, se utilizan reactivos químicos conocidos como colectores y espumantes para promover la adherencia de las partículas de interés a las burbujas de aire. A medida que se forma una espuma en la parte superior de la suspensión, las partículas de valor se adhieren a las burbujas y se recolectan, mientras que los materiales no deseados se hunden hacia el fondo.

 

La flotación se utiliza en la separación de una amplia gama de metales, incluyendo cobre, plomo, zinc, níquel, oro y plata, entre otros. Cada metal tiene características específicas que determinan las condiciones óptimas de flotación, como pH, tipo y dosis de reactivos, tiempo de flotación, entre otros.

 

Conoce más sobre  las fases del proceso de flotación  en el siguiente video:

 

 

 

 

2.2 Técnicas de flotación

Flotación por espuma convencional:

Técnica que consiste en la generación de burbujas de aire que se adhieren a las partículas de mineral para elevarlas a la superficie, durante este proceso se crea una espuma que contiene las partículas de mineral deseado, que luego se recolecta y se retira de la pulpa, para esto se utilizan reactivos químicos conocidos como colectores para promover la adhesión de las burbujas de aire a las partículas de mineral. Estos colectores se seleccionan en función de las características del mineral y del objetivo de separación, también se emplean otros reactivos como modificadores de pH, espumantes y dispersantes para optimizar el proceso de flotación.

 

El proceso de flotación por espuma convencional se lleva a cabo en celdas de flotación, que son tanques equipados con mecanismos de agitación y sistemas de aireación. La pulpa mineral se introduce en la celda, y se generan burbujas de aire finamente dispersas en la pulpa mediante la agitación y la inyección de aire. La espuma cargada con las partículas de mineral se retira de la celda en la parte superior y se recolecta para su posterior procesamiento.

 

Esta técnica es ampliamente utilizada para la separación de minerales como el cobre, el plomo, el zinc, el níquel y otros metales base. También se aplica en la recuperación de metales como el oro, la plata y los metales del grupo del platino.

 

Aunque la flotación por espuma convencional es una técnica bien establecida, se continúa investigando y desarrollando nuevos reactivos y equipos para mejorar la eficiencia y la selectividad del proceso. Además, se han desarrollado variantes de la flotación por espuma, como la flotación columnar y la flotación flash, que ofrecen ventajas en términos de rendimiento y eficiencia energética.

 

Figura 7. Esquema de flotación convencional.

 

Flotación por aire disuelto (FAD):

Técnica que se basa en la generación de burbujas de aire finamente dispersas en el agua mediante la disolución controlada de aire a alta presión en una corriente líquida. En la FAD las burbujas se forman por la liberación del aire disuelto bajo condiciones de baja presión a diferencia de la flotación convencional en la cual se forman por la acción mecánica.

 

En el proceso de FAD, el agua de alimentación se somete a una presurización y luego se libera rápidamente a una presión atmosférica en un tanque de flotación, esta reducción de presión provoca la formación de microburbujas de aire, que se adhieren a las partículas de mineral y las llevan a la superficie, asi, las partículas flotantes se recolectan en la parte superior del tanque, mientras que las partículas no flotantes sedimentan hacia el fondo.

 

La FAD ofrece varias ventajas en comparación con la flotación por espuma convencional. Las microburbujas generadas en la FAD son más pequeñas y uniformes, lo que aumenta la probabilidad de contacto entre las burbujas y las partículas de mineral, mejorando así la eficiencia de la flotación, además, la FAD permite una mayor concentración de partículas en la corriente de flotación, lo que facilita la separación y el procesamiento posterior.

 

Esta técnica se utiliza en diversos procesos de separación de minerales, incluyendo la flotación de minerales sulfurados de cobre, la separación de partículas de carbón y la recuperación de minerales industriales. Adicionalmente, la FAD también se ha aplicado en el tratamiento de aguas residuales para la remoción de sólidos suspendidos y contaminantes.

 

Figura 8. Sistema de flotación por aire disuelto.

 

Flotación iónica:

Técnica que se basa en la adsorción selectiva de iones en la superficie de las partículas de mineral. Su diferencia a la flotación convencional radica en que en este caso se utilizan reactivos químicos que forman complejos con los iones presentes en la solución acuosa, para esto se agregan reactivos colectores y depresores al sistema de flotación. Los colectores son sustancias químicas que se adsorben selectivamente en la superficie de las partículas de mineral, formando una capa hidrofóbica que las vuelve repelentes al agua, por otro lado, los depresores son sustancias químicas que se adsorben en las partículas no deseadas, impidiendo su flotación y favoreciendo la flotación selectiva del mineral de interés.

 

La flotación iónica se utiliza principalmente en la separación de minerales oxidados y/o minerales que contienen iones metálicos complejos. Al ajustar cuidadosamente la química del sistema de flotación, es posible lograr la flotación selectiva de un mineral específico, mientras se deprime la flotación de otros minerales presentes en la mena.

 

Esta técnica es ampliamente utilizada en la industria minera para la recuperación de minerales valiosos, como el cobre, el plomo y el zinc. También se aplica en la separación de minerales de tierras raras y otros minerales metálicos.

 

Flotación en columna: 

Esta técnica  se basa en la generación de una columna de burbujas en un dispositivo vertical llamado columna de flotación. A diferencia de la flotación convencional  en la flotación en columna se utiliza el flujo ascendente del agua o el aire para generar y mantener las burbujas en suspensión, el mineral triturado se introduce en la columna, las partículas hidrofóbicas se adhieren a las burbujas de aire o gas, mientras que las partículas hidrofílicas se mantienen en la pulpa. A medida que las burbujas ascienden en la columna, las partículas hidrofóbicas se acumulan en la zona de espuma en la parte superior, donde son recolectadas y extraídas como concentrado, por otro lado, las partículas hidrofílicas descienden hacia la zona de relave en la base de la columna.

 

Algunas de las ventajas de esta técnica incluyen una mayor selectividad, una mejor recuperación de partículas finas y una menor sensibilidad a las variaciones de la pulpa, además, las columnas de flotación ocupan menos espacio físico en comparación con los tanques de flotación convencionales, lo que permite una mayor capacidad de tratamiento en un área reducida.

 

Esta técnica se aplica en la separación de una amplia variedad de minerales, incluyendo sulfuros de cobre, minerales de hierro, minerales de fosfato, entre otros. También se utiliza en la remoción de impurezas y la purificación de minerales.

 

Figura 9. Sistema de flotación en columna.

 

Flotación flash:

Esta técnica es una variante de la flotación convencional, su diferencia radica en que en la flotación flash se llevan a cabo múltiples etapas de flotación en un tiempo de residencia muy corto, en este caso la pulpa de mineral se introduce en una celda de flotación especial conocida como celda de flotación flash. En esta celda, se inyecta aire a alta presión, lo que provoca un intenso mezclado y una liberación rápida de las burbujas de aire, esta liberación acelerada de las burbujas y el breve tiempo de residencia en la celda posibilitan una recuperación rápida de los minerales valiosos. Después de la flotación en la celda de flotación flash, la pulpa se envía a un acondicionador donde se agrega más reactivos para mejorar la selectividad y la recuperación. Luego, la pulpa se dirige a un banco de celdas de flotación convencionales para completar el proceso.

 

La flotación flash se utiliza comúnmente para tratar minerales de alto contenido de sulfuros, como el cobre y el zinc. Esta técnica permite una mayor recuperación de los minerales valiosos en comparación con la flotación convencional, ya que se maximiza la liberación de las partículas de mineral y se evita la sobre-molienda.

 

Figura 10. Sistema de celda flash en planta.

 

 

2.3 Avances en el método y las técnicas de flotación

 

Algunos avances significativos en el método y las técnicas de flotación son:

i. Desarrollo de nuevos reactivos con propiedades mejoradas para optimizar la selectividad y la eficiencia de la separación. Estos nuevos reactivos permiten la flotación de minerales que antes eran difíciles de tratar, ampliando así las posibilidades de recuperación de metales valiosos.

ii. Introducción de equipos y tecnologías más avanzadas para mejorar el proceso de flotación. Los avances en el diseño de celdas de flotación y en la instrumentación y control de los circuitos de flotación han permitido una mayor eficiencia y optimización de las operaciones. Esto se traduce en una mejor recuperación de los metales de interés y una reducción en los costos operativos.

 

Figura 5. Control de celdas de flotación.

 

3. ELECTROOBTENCIÓN

3.1 Qué es la electroobtención ?

La electroobtención es un proceso electroquímico utilizado para la extracción y separación de metales a partir de soluciones acuosas. Este método se basa en la transferencia selectiva de iones metálicos hacia un cátodo a través de la aplicación de corriente eléctrica controlada.

 

En la electroobtención, se sumerge un cátodo en una solución acuosa que contiene iones metálicos disueltos. A medida que se aplica una corriente eléctrica, los iones metálicos migran hacia el cátodo y se depositan en su superficie en forma de metal puro. El proceso permite una separación eficiente y selectiva de metales valiosos de soluciones complejas.

 

La electroobtención se utiliza para obtener una amplia variedad de metales, incluyendo cobre, zinc, níquel, plata y oro, entre otros. Cada metal requiere condiciones específicas de operación, como la composición de la solución, el potencial aplicado y el diseño de los electrodos, para lograr una electroobtención óptima.

 

3.2 Técnicas de electroobtención

Celda de electroobtención (EW):

Esta corresponde a una celda electrolitica. Para su funcionamiento se sumerge un cátodo y un anodo en una solución acuosa que contiene los iones metálicos a extraer, al aplicar la corriente eléctrica, los iones metálicos se reducen en el cátodo y se depositan en forma de metal puro, mientras que los iones acompañantes se oxidan en el ánodo.

 

La configuración y el diseño de la celda varia de acuerdo al metal objetivo y las caracteristicas especificas de la aplicación, suelen estar elaboradas con materiales resistentes a la corrosión y diseñadas para facilitar la separación y recolección del metal depositado en el cátodo.

 

Esta técnica es eficiente y selectiva para obtener metales de alta pureza y calidad, es ampliamente utilizada para la recuperación de metales como cobre, zinc y niquel.

 

Figura 4. Esquema de electroobtención (EW).

 

Celda de electrorrefinación (ER):

Celda electrolitica usada para refinar y purificar metales. En este caso, se sumerge un ánodo impuro y un cátodo de alta pureza en una solución electrolitica que contiene el metal a refinar en forma de iones, al aplicar la corriente eléctrica, los iones métalicos se reducen en el cátodo, depositando el metal de alta pureza, mientras que los componentes no deseados se oxidan en el ánodo y forman lodos o se disuelven en la solución. Con esta técnica se logra eliminar impurezas como el plomo, el arsénico, el antimonio y otros elementos no deseados presentes en el metal bruto, el proceso se repite varias veces para lograr una mayor pureza en el metal final.

 

Las celdas de electrorrefinación suelen tener un diseño especializado que permite una separación efectiva entre el ánodo y el cátodo, evitando la contaminación cruzada. También se utilizan sistemas de agitación y control de temperatura para mejorar la eficiencia del proceso.

 

La celda de electrorrefinación es una técnica que permite obtener metales de alta pureza y calidad, además ayuda a cumplir con los estándares de calidad requeridos en diferentes aplicaciones y permite el reciclaje y reutilización de metales, lo cual contribuye a una producción más sostenible y eficiente.

 

Figura 5. Esquema de electrorrefinación (ER).

 

3.3 Avances en el método y las técnicas de electroobtención

En los últimos años, los avances más significativos incluyen:

i. Desarrollo de nuevos electrodos y membranas que mejoran la eficiencia y la durabilidad del proceso. Estos materiales permiten una transferencia más rápida y eficiente de los iones metálicos, lo que resulta en una mayor velocidad de deposición y una mejor calidad del metal obtenido.

ii. Implementación de técnicas de control más precisas para optimizar el proceso de electroobtención. El monitoreo y la regulación de parámetros como la densidad de corriente, el pH y la temperatura permiten un control más preciso de la deposición metálica y una mayor eficiencia energética. Esto ayuda a maximizar la recuperación de metales y reducir los costos operativos.

 

Conoce más sobre  la electroobtención  en el siguiente video:

 

 

 

 

CONCLUSIONES

Las técnicas de lixiviación, flotación y electroobtención han experimentado notables mejoras en términos de eficiencia, selectividad y sostenibilidad, en este caso se mencionaron brevemente algunos avances realizados para estos métodos. El desarrollo de nuevos reactivos, equipos y tecnologías ha permitido una mayor recuperación de metales valiosos, una reducción en la generación de residuos y una disminución en el impacto ambiental de la industria minera. Asimismo, la adopción de sustancias más amigables y la implementación de técnicas de control avanzadas han contribuido a optimizar los procesos y fomentar prácticas más sostenibles. Estos avances son esenciales para satisfacer la creciente demanda de metales y minerales en diversas industrias, al mismo tiempo que se busca un desarrollo económico y tecnológico responsable y eficiente. Si se desea profundizar en el tema, es recomendable explorar casos de estudio específicos que ilustran interesantes resultados obtenidos mediante estas técnicas y abordan estos procesos a profundidad.

 

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