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ESTUDIO DE INVESTIGACIÓN DE LIXIVIANTE ALTERNO AL CIANURO DE SODIO PARA MINERALES DE COMPAÑÍA MINERA PODEROSA

Por: Julio Guizado, Carlos Briceño y Miguel Huanca, Compañía Minera Poderosa.


Resumen

El oro rara vez se encuentra en la naturaleza formando compuestos, a diferencia de otros metales como cobre o zinc. Sus presentaciones habituales son en estado nativo o formando aleaciones, generalmente con plata (electrum). Aparece en la naturaleza diseminado en pequeñas cantidades y se halla corrientemente en filones que tienen relación genética con rocas ígneas de tipo silícico. 

La principal fuente de oro son los llamados filones hidrotermales de cuarzo y oro, donde junto con la pirita y otros sulfuros, el oro fue depositado por soluciones minerales ascendentes que lo contenían, es decir, está simplemente mezclado mecánicamente con los sulfuros y no en forma de combinación química alguna. En la superficie terrestre y cerca de ella, los sulfuros que contienen oro normalmente están oxidados, dejándolo libre y haciendo así su extracción muy fácil.

El proceso de lixiviación empleando cianuro en medio alcalino como agente lixiviante, se ha constituido como la práctica universal para la extracción de los metales preciosos, desde que J.S. MacArthur y los hermanos R. y W. Forrest, patentaron la técnica en 1889. La cianuración es un proceso hidrometalúrgico basado en la utilización de soluciones de cianuros alcalinos como medio químico para lixiviar el oro y la plata contenidos en menas auríferas/argentíferas. Los cianuros más importantes que se usan en este procedimiento son el de potasio y el de sodio.

Existen diversos reactivos alternos al cianuro para la lixiviación del Au y Ag, pero considerando la variabilidad mineralógica de cada operación minera, tendremos que realizar múltiples pruebas metalúrgicas variando las condiciones operativas como son pH, granulometría, consumo de lixiviante y tiempo de lixiviación. 

El presente documento detalla las pruebas de lixiviación con un reactivo alterno al cianuro de sodio considerando las diversas características mineralógicas del mineral que se procesa en la planta. Compañía Minera Poderosa tiene dos plantas de procesamiento de minerales, las cuales tienen una capacidad total de 1,800 tms/día, planta Marañón procesa como promedio 800 tms/día y Santa María 1,000 tms/día. 

Como parte del control metalúrgico diariamente se realiza el muestreo del mineral que ingresa al circuito de molienda, estas muestras se van acumulando mensualmente y con estos compositos se han realizado las pruebas de lixiviación. Los valores de lixiviación de Au en las pruebas metalúrgicas con el mineral de la planta Marañón alcanzan un 86.5% con cianuro de sodio, mientras que la lixiviación con el reactivo alterno lega a un 87.63%. Considerando los valores de lixiviación de Au en las pruebas metalúrgicas con el mineral de la planta Santa María, estas alcanzan un 86.44% con cianuro de sodio, mientras que la lixiviación con el reactivo alterno llega a un 88.05%. 

Los valores de lixiviación de Ag en las pruebas metalúrgicas con el mineral de la planta Marañón estas alcanzan un 50.21% con cianuro de sodio, mientras que la lixiviación con el reactivo alterno llega a un 55.98%.

Considerando los valores de lixiviación de Ag en las pruebas metalúrgicas con el mineral de la planta Santa María estas alcanzan un 48.31% con cianuro de sodio, mientras que la lixiviación con el reactivo alterno llega a un 51.5%.

Introducción

Compañía Minera Poderosa, líder en la producción de Au a nivel nacional, ubicada en la región La Libertad, en la provincia y distrito de Pataz, tiene sus operaciones entre los 1,250 y 3,200 msnm. Su Misión de transformar responsablemente la riqueza mineral en oportunidad de desarrollo es vital y desafiante en la realización de los proyectos de investigación de la empresa.

La línea de investigación que se presenta está relacionada en el uso de un reactivo alterno al cianuro.

El término “cianuro” se refiere a un grupo químico formado por un átomo de carbono (C) y un átomo de nitrógeno (N), conectados por tres enlaces. Los cianuros existen tanto en estado natural como artificial. Las principales formas de cianuros fabricadas por el ser humano son el cianuro de hidrógeno, un gas de olor a almendra, el cianuro de sodio y de potasio, que son sólidos blancos. Todos estos productos son altamente tóxicos. El cianuro de hidrógeno también existe en estado natural. Además, hay más de 2,000 fuentes naturales de cianuro, con un grado de complejidad y de toxicidad variable. Pueden ser producidos por ciertas bacterias, hongos, algas e incluso insectos. Adicionalmente, el cianuro se encuentra en varias plantas comestibles tales como almendras, frijoles, espinaca, soya y yuca, pero también en el camote, el maíz, el bambú, la caña de azúcar, el limón, la manzana, la pera, la cereza, el durazno y las ciruelas. Sin embargo, las cantidades de cianuro en las partes comestibles de estas plantas son usualmente sumamente bajas.

El reactivo lixiviante usado en estas pruebas metalúrgicas es el JGD, que se puede aplicar a la lixiviación en pilas, a la lixiviación CIP y CIL para minerales sulfurados y oxidados con contenido de oro y plata. En la industria minera, el producto tiene muchas ventajas como una operación simple (similar a la cianuración convencional), alta tasa de lixiviación, corto tiempo, baja toxicidad y protección ambiental, transporte y almacenamiento conveniente.

Actualmente se sabe que es el único producto patentado sin cianuro para la "extracción de oro respetuosa del medio ambiente" en todo el mundo. Los principales compuestos químicos en el producto incluyen el cianato de sodio, cloruro de sodio y carbonato de sodio. El presente estudio tiene como objetivo comparar el rendimiento de lixiviación del cianuro de sodio con el reactivo lixiviante JGD en minerales sulfurados de Compañía Minera Poderosa.

Objetivos

Objetivo general

Realizar pruebas comparativas de lixiviación de Au y Ag a nivel de laboratorio metalúrgico con cianuro de sodio y el reactivo lixiviante JGD para minerales que se procesan en Compañía Minera Poderosa.

Objetivo específico

Implementar el desarrollo de pruebas a nivel de laboratorio del uso del reactivo JGD para la recuperación de Au y Ag.

Dar a conocer al mundo minero que existe alguna alternativa diferente al cianuro de sodio que puede ser aplicado a minerales sulfurados.

Determinar la cinética de extracción de la lixiviación de Au y Ag con el reactivo JGD y compararlo con el cianuro de sodio.

Realizar pruebas de lixiviación considerando tiempos de control de extracciones de 4, 8, 12, 24, 48 y 72 horas y determinar las curvas de extracción comparativas para los dos lixiviantes utilizados.

Determinar el consumo del reactivo lixiviante JGD para las pruebas de lixiviación de Au y Ag. Demostrar que con el uso del reactivo JGD el consumo se acerca a los consumos de cianuro de sodio para las pruebas de lixiviación de Au y Ag.

Determinar el consumo de cal durante las pruebas con el reactivo JGD.

Demostrar el menor consumo de cal para las pruebas de lixiviación comparativas del lixiviante JGD y el cianuro de sodio.

Desarrollo y colección de datos

Las plantas de procesamiento de minerales de Compañía Minera Poderosa denominadas Marañón y Santa María I procesan minerales sulfurados.

El mineral recepcionado de mina es chancado en dos etapas, con lo cual se obtiene granulometrías próximas de 100% - 3/8”. En la fase siguiente el mineral ingresa a la etapa de molienda primaria y secundaria, previamente se realiza el muestreo automático obteniendo muestras muy representativas del mineral que se procesa diariamente, en la etapa de molienda primaria y secundaria se le adiciona la cal con el cianuro de sodio, con la que comienza la lixiviación de Au y Ag.

Todo el procesamiento de minerales se resume en la Figura 1.

Considerando que en una operación metalúrgica los laboratorios de investigación realizan el control de los parámetros operativos, investigaciones para encontrar alternativas y mejoras en el procesamiento de minerales, para el desarrollo de las pruebas metalúrgicas se considera trabajar con muestras compositos de mineral de cabeza considerando determinar las leyes de Au y Ag, contenido de elementos y compuestos minerales.

Los reactivos usados para las pruebas son el cianuro de sodio, el JGD y la cal. Para conocer los compuestos de los insumos utilizados se realiza la caracterización de los dos reactivos lixiviantes (Tablas 1 y 2).

Las características mineralógicas son de vital importancia al desarrollar los estudios de investigación, por lo que se presenta la caracterización del mineral de cabeza procesado en la planta Marañón y planta Santa María I (Tablas 3 y 4).

Las pruebas de lixiviación se realizaron con minerales de cabeza compositados mensualmente, en total se realizaron 28 pruebas de lixiviación en botella, Para el desarrollo de las pruebas metalúrgicas de lixiviación en botellas se consideran los parámetros de operación que se muestran en la Tabla 5.

Los reactivos que se utilizan para las pruebas propuestas en la siguiente investigación han sido comparados de acuerdo con su LD50, considerando el MSDS del fabricante.

LD50 es un término utilizado para representar la Dosis Letal Media, la cual se define como la cantidad de una sustancia química requerida para matar el 50% de una población de prueba particular. Representa una manera objetiva de medir la toxicidad aguda de cualquier sustancia frente a un organismo específico.

Desde el punto de vista de la toxicidad, si comparamos los valores de LD50 de dos sustancias para la misma especie u organismo, mientras menor sea el LD50, más tóxica será la sustancia en dicho organismo. Esto se debe a que se requiere una menor cantidad de la sustancia para matar la misma cantidad de individuos. En otras palabras, si A tiene un LD50 de 10 mg/kg y B tiene un LD50 de 5 mg/kg, entonces B es el doble de tóxico que A, ya que se requiere la mitad de B para matar la misma cantidad de individuos que de A.

El resultado de la comparación de los dos reactivos utilizados en estas pruebas considerando la presencia de cianuro de sodio y cianato de sodio, los apreciamos en las Tablas 6 y 7. 

Comparando los compuestos de cianato y cianuro de sodio podemos concluir que el cianuro de sodio es 90 veces más tóxico que el cianato de sodio, por lo tanto el lixiviante JGD es más seguro para el personal que lo utiliza diariamente.

Presentación y discusión de resultados

Lo descrito líneas arriba del presente informe nos muestra las características composicionales de los reactivos utilizados, la caracterización composicional de los minerales, parámetros de operación a los cuales se realizará las pruebas de recuperación de Au y Ag.

Las pruebas de lixiviación de botellas han sido realizadas con minerales de cabeza de las plantas Marañón y Santa María considerando el esquema que se muestra en la Figura 2.

Con el diagrama de flujo para las pruebas con el mineral de cabeza procesado en las plantas Marañón y Santa María, se comienza a realizar las pruebas en el mes de octubre de 2022 y para esta primera etapa se está considerando 12 meses de pruebas a nivel laboratorio.

Los resultados que se han obtenido se presentan hasta abril de 2023, es decir se ha realizado 14 pruebas para cada mineral de cada planta de procesamiento.

Resultados obtenidos con el mineral de planta Marañón

Se determina las leyes de Au y Ag de cabeza del mineral procesado en la planta Marañón obteniéndose los resultados de la Tabla 8.

Las leyes de Au se encuentran entre 14.34 a 15.87 gr/tn, y la ley de Ag fluctúa entre 20.09 a 25.24 gr/tn.

Curvas de extracción

Considerando las curvas de extracción del Au para las pruebas con el cianuro y el lixiviante JGD para un tiempo de 72 horas, la extracción con el lixiviante JGD alcanza una extracción máxima de 89.3% y para la lixiviación con el cianuro de sodio una extracción máxima de 87.6%, lo que corresponde una diferencia de 1.7% más en lixiviación a favor del lixiviante JGD.

Respecto a la recuperación de Ag del mineral para las pruebas de lixiviación, se aprecia en la Figura 4 una mayor recuperación de plata para el lixiviante JGD. Esta diferencia es de 9.2%, considerando una recuperación de 48.7% para la recuperación con cianuro de sodio y 57.9% para el lixiviante JGD.

Extracción de Au y Ag

Considerando el total de pruebas realizadas para el mineral de cabeza de la planta Marañón de octubre de 2022 al mes de abril de 2023, 4 de las 7 pruebas alcanzaron recuperaciones de Au superiores cuando se utilizó el reactivo lixiviante JGD, considerando el promedio de las 7 pruebas se obtiene una recuperación de Au de 86.84% cuando se utiliza el cianuro de sodio, para las pruebas con el lixiviante JGD, la recuperación es de 87.84% lo que representa un 1% más.

En líneas generales para el promedio de estas 7 pruebas para el mineral de cabeza de la planta Marañón se recupera un 1% más de Au cuando se utiliza el lixiviante JGD.

Respecto a la recuperación de Ag del mineral de cabeza composito que se procesa en la planta Marañón, de las 7 pruebas realizadas, 6 superaron las recuperaciones de Au cuando se utilizó el lixiviante JGD respecto al cianuro, el promedio alcanzando en estas 7 pruebas es de 56.72% en recuperación de Ag y el valor alcanzado cuando se usa el cianuro de sodio llega a una recuperación de 50.75%.

En líneas generales para el promedio de estas 7 pruebas para el mineral de cabeza de la planta Marañón se recupera un 5.97% más de Ag cuando se utiliza el lixiviante JGD.

Para el consumo de cal, de acuerdo con la Figura 7, en la primera prueba con el lixiviante JGD el consumo de cal es de 3.88 kg/tn mientras que usando cianuro de sodio el consumo es de 2.25 kg/tn, a medida que se avanzaba a realizar las pruebas el consumo de cal se fue optimizando hasta alcanzar un consumo de 1.3 kg/tn cuando se utiliza el lixiviante JGD.

Para este tipo de pruebas de lixiviación en botellas se obtuvo un alto consumo del lixiviante JGD para las primeras, alcanzando un consumo de 22.32 kg/tn. A medida que se optimizaban los parámetros de pruebas el consumo mínimo de JGD llega a valores de 4 kg/tn.

Resultados obtenidos con el mineral procesado en planta Santa María

Se determina las leyes de Au y Ag de cabeza del mineral procesado en la planta Santa María, obteniéndose los resultados de la Tabla 9.

Las leyes de Au se encuentran entre 10.29 a 19.07 gr/tn, y respecto a la ley de Ag fluctúan entre 13.69 a 23.57 gr/tn.

Curvas de extracción

Considerando las curvas de extracción del Au para las pruebas con el cianuro y el lixiviante JGD para un tiempo de 72 horas, la extracción con el lixiviante JGD alcanza una extracción máxima de 89.3% y para la lixiviación con el cianuro de sodio una extracción máxima de 85.4%, lo que corresponde a una diferencia de 3.9% más en lixiviación a favor del lixiviante JGD.

Respecto a la recuperación de Ag del mineral para las pruebas de lixiviación se aprecia en la Figura 10 una mayor recuperación de plata para el lixiviante cianuro de sodio. Esta diferencia es de 9.5%, considerando una recuperación de 52.4% para la recuperación con cianuro de sodio y 42.9% para el lixiviante JGD.

Extracción de Au y Ag

Considerando el total de pruebas realizadas para el mineral de cabeza de la planta Santa María de octubre de 2022 al mes de abril de 2023, 5 de las 7 pruebas alcanzaron recuperaciones de Au superiores cuando se utilizó el reactivo lixiviante JGD, considerando el promedio de las 7 pruebas se obtiene recuperación de Au de 86.52% cuando se utiliza el cianuro de sodio. Para las pruebas con el lixiviante JGD la recuperación es de 88.22%, lo que representa un 1.7% más.

En líneas generales para el promedio de estas 7 pruebas para el mineral de cabeza de la planta Santa María se recupera un 1.7% más de Au cuando se utiliza el lixiviante JGD.

Respecto a la recuperación de Ag del mineral de cabeza composito que se procesa en la planta Santa María, de las 7 pruebas realizadas, 3 pruebas superaron las recuperaciones de Ag cuando se utilizó el lixiviante JGD respecto al cianuro, el promedio alcanzando en estas 7 pruebas es de 48.46% en recuperación de Ag y el valor alcanzado cuando se usa el cianuro de sodio llega a una recuperación de 50.46%.

En líneas generales para el promedio de estas 7 pruebas para el mineral de cabeza de la planta Santa María se recupera un 2% menos de Ag cuando se utiliza el lixiviante JGD.

Para el consumo de cal, de acuerdo con la Figura 13, en la primera prueba con el lixiviante JGD el consumo de cal es de 3.88 kg/tn, mientras que usando cianuro de sodio es de 1.75 kg/tn. A medida que se avanzaba a realizar las pruebas el consumo de cal se fue optimizando hasta alcanzar un consumo de 1.3 kg/tn cuando se utiliza el lixiviante JGD.

Para este tipo de pruebas de lixiviación en botellas se obtuvo un alto consumo del lixiviante JGD. Para las primeras pruebas se alcanzó un consumo de 22.32 kg/tn. A medida que se optimizaban los parámetros de pruebas el consumo mínimo de JGD llega a valores de 5 kg/tn.

Conclusiones

1. Las características mineralógicas del mineral en estudio nos han determinado que tiene un 12% de sulfuro predominantemente con contenidos de pirita en un 5%, arsenopirita de 4.54% en la planta Marañón y 4.35% en la planta Santa María. Se aplicó el método de difracción de rayos X para determinar el contenido de compuestos del mineral, este difractómetro se encuentra estratégicamente ubicado en el laboratorio de investigación metalúrgico de Compañía Minera Poderosa.

2. Determinando el contenido de los compuestos que presentan los lixiviantes utilizados, el reactivo JGD tiene un porcentaje de cianato de sodio entre 50 a 60%. Este compuesto tiene un LD50 (dosis letal de un 50% de la población de ratas expuesta) de 582 mg/kg, mientras que el cianuro de sodio tiene un LD50 de 6.44 mg/kg, comparando los compuestos de cianato y cianuro de sodio podemos concluir que el cianuro de sodio es 90 veces más tóxico que el cianato de sodio, por lo tanto, el lixiviante JGD es más seguro para el personal que lo manipula diariamente.

3. El pH natural del mineral se encuentra en medio básico con un valor de 7.5, las pruebas han sido realizadas a una granulometría estándar (STD) promedio de 90% - 200 m y manteniendo un pH de 11 con óxido de calcio (CaO). La fuerza del lixiviante para todas las pruebas es de 1500 ppm, las pruebas han sido desarrollas por un tiempo de lixiviación en botellas de 72 horas.

4. Los resultados obtenidos de las pruebas realizadas desde el mes de octubre de 2022 hasta abril de 2023, están alcanzando los resultados esperados para los dos minerales procesados en las plantas Marañón y Santa María.

5. Respecto a las pruebas realizadas para el mineral de cabeza de la planta Marañón, la extracción de Au y Ag superan en un 1% y 5.97%, respectivamente, cuando se utiliza el lixiviante JGD. Considerando el consumo de cal para las pruebas con el lixiviante JGD, estas superan en 0.47 gr/tn a las pruebas de cianuro de sodio, el consumo de lixiviante JGD para las primeras pruebas es de 6.4 veces más que el cianuro, una vez optimizado alcanzaron valores de 1.4 veces el consumo de cianuro.

6. Respecto a las pruebas realizadas para el mineral de cabeza de la planta Santa María, la extracción de Au supera en un 1.7% cuando se utiliza el lixiviante JGD, respecto a la extracción de Ag se obtuvo una recuperación menor a un 2% cuando se utiliza el lixiviante JGD, considerando el consumo de cal para las pruebas con el lixiviante JGD estas superan en 0.17 gr/tn a las pruebas de cianuro de sodio, el consumo de lixiviante JGD para las primeras pruebas es de 6.4 veces más que el cianuro, una vez optimizado alcanzaron valores de 1.4 veces el consumo de cianuro.

7. En líneas generales para estos 7 primeros meses de pruebas estos resultados son óptimos, las pruebas continuarán hasta alcanzar los 12 meses. En paralelo, seguiremos con las pruebas a nivel de escala piloto incluyendo ensayos de recuperación de Au y Ag con el proceso Merrill Crowe.

Bibliografía

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Dominio M, Esteban. 2001. “Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y Aplicaciones”. 1º Edición. Andros Impresores Ltda., Santiago-Chile.

John w, Kimball. 2023. La prueba LD50. Tufts University & Harvard University 12.12

Safety data sheet, reactivo lixiviante cianuro de sodio.

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Vargas gallardo, Juan. 1990. Metalurgia del oro y la plata. Segunda Edición, Lima, Perú.

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