Por: Fabio Loyola Moreno, metalurgista de Proyectos Senior en Newmont Yanacocha.

Resumen

La planta de adsorción de carbón de Pampa Larga (CIC_PL) es la de mayor contribución a la producción de Yanacocha. Las pérdidas de oro ocurren a partir de la solución gastada que va a la planta de tratamiento de agua y luego se descarga al medio ambiente. Se identificaron dos oportunidades de mejora para perfeccionar el desempeño de la instalación. 

Una oportunidad está relacionada con mejorar la adsorción de oro sobre el carbón en una solución con alto contenido de cobre. La otra apunta a mejorar el control operativo de la planta de carbón, al usar el manual corporativo de carbón activado, como también aumentar la actividad del carbón y optimizar la cantidad de este en los tanques del circuito de adsorción. 

Mantener bajo control las principales variables operativas, sumado a la implementación de un método de análisis para poder cuantificar pequeñas concentraciones de oro, permitió obtener menores pérdidas y generó ahorros de US$ 3.5 millones para Newmont Yanacocha.

Introducción

Yanacocha es una mina aurífera peruana que es considerada la más grande de América del Sur y la segunda a nivel mundial. Se ubica entre los distritos de Cajamarca, La Encañada y Baños del Inca (provincia de Cajamarca) y en menor medida en el distrito de Tumbadén (provincia de San Pablo) en la región Cajamarca. 

Está situada a 35 km al norte de la ciudad de Cajamarca a gran altura en la cordillera de los Andes, entre los 3,400 y 4,120 msnm. El yacimiento lo componen cinco minas a cielo abierto, cuatro plataformas de lixiviación y tres plantas de recuperación de oro. 

Se trata del yacimiento más importante de América Latina, pues en 2005 se produjeron 3’333,088 onzas del preciado metal. Sin embargo, durante los últimos años Yanacocha ha experimentado una caída en su producción debido al agotamiento de las reservas. Emplea a más de 10 mil trabajadores.

Desde 1993, Newmont opera el yacimiento Yanacocha y, desde el 2022, es la única propietaria. Actualmente, Yanacocha, es una mina mediana, y la segunda productora de oro del Perú con aproximadamente 260 Koz de producción anual.

El objetivo principal de la planta de Columnas de Carbón de Carachugo es obtener una solución de descarga con una alta concentración de oro a partir de una solución rica del pad de Carachugo. El resultado de la solución se enviará a las instalaciones de Merrill Crowe. 

Todo el proceso de recuperación de oro en la planta de Columnas de Carbón de Carachugo incluye los siguientes principales pasos de adsorción, lavado ácido y desorción de carbón. A continuación se muestra una breve descripción de cada paso.

Adsorción de carbón: se basa en un proceso de carbón en columnas (CIC). Hay tres trenes de seis columnas cada uno para procesar la solución rica de Carachugo Pad y un tren de seis columnas para procesar la solución de exceso de agua que se enviará a la planta de ósmosis inversa (RO). El tercer tren recibe 700 m³/h de solución PLS del pad y un tren recibe 600 m³/h de solución sobrante del antiguo pad que debe ser procesado en la planta de RO de Carachugo. La solución rica y el reciclado fluyen hacia arriba dentro de cada columna, y se desbordan por gravedad de la primera columna a la siguiente en contracorriente a un flujo de carbón activado. La solución fluye a través de las tapas de burbujas en la placa distribuidora de UHMW en la base de la columna y separa cada celda y fluidifica el lecho de carbón. El carbón activado toma el oro de la solución rica y se convierte en carbón cargado, que avanza al paso de lavado con ácido.

La solución gastada de la parte superior de la columna final del tren pasa por gravedad a través de una malla de seguridad de carbón equipada con aberturas de malla 100 (150 um). El carbón fino de la parte superior de la malla de seguridad de carbón se transfiere a los tanques finos y luego se recolecta en bolsas grandes.

La transferencia de carbón es un proceso por lotes, que se logra mediante dos bombas de transferencia y varias válvulas. Estos dispositivos son comandados por una secuencia desde el sistema de control. Las bombas de transferencia avanzan el carbón de un tanque al otro secuencialmente.

Lavado ácido: el flujo de carbón cargado del circuito de adsorción pasa por una malla vibratoria y cae por gravedad hacia el tanque de lavado con ácido, donde se mezcla con una solución de ácido clorhídrico (HCl al 3%). Después del lavado con ácido, la solución se transfiere al circuito de desorción mediante una bomba centrífuga equipada con un impulsor empotrado, para evitar daños en el carbón.

Desorción de carbón: el insumo proveniente del circuito de lavado con ácido se transfiere a una columna de elución o recipiente de desorción de carbón. El circuito de extracción de carbón opera en dos lotes por día, a razón de ocho toneladas de carbón por lote.

En los últimos años, Newmont ha venido buscando en sus diferentes minas distribuidas alrededor del mundo, las mejores prácticas de gestión del carbón, de tal manera que le permita reducir las pérdidas de oro en la solución agotada. Estas buenas prácticas han sido recopiladas y colocadas en un manual llamado: Carbon Management Playbook, este ha sido socializado para todos los sites de la corporación con el objetivo que pueda ser replicado de acuerdo a la realidad de cada mina y proceso.

Newmont Yanacocha tuvo el objetivo de reducir las pérdidas de oro en US$ 0.5 millones; sin embargo, este número ha sido superando, llegando a generar ahorros de US$ 3.5 millones, con la implementación de las mejoras operativas.

Las mejoras fueron focalizadas en la Planta de Adsorción de Carbón de Pampa Larga (CIC_PL), a pesar que esta instalación es una de las más antiguas, debido a que es la principal planta de procesamiento que contribuye a la producción total de oro. 

Dada la importancia de esta en el proceso de producción, era necesario mejorar su desempeño, de tal manera que se logre reducir los valores de oro en la solución agotada y, por ende, tener una menor pérdida de oro en la solución que es derivada a la planta de tratamiento de agua de exceso (EWTP). Reducir el límite de detención en las lecturas de oro para poder cuantificar y ajustar la contabilidad metalúrgica estuvo acompañado de un análisis estadístico, que permitiera tener valores confiables en las lecturas de las soluciones con bajo contenido de oro.

Objetivos

Los objetivos del programa de gestión sostenible del carbón en Yanacocha fueron:

ν Reducir el contenido de oro en la solución agotada del circuito de adsorción de carbón CIC en la planta Pampa Larga.

ν Mejorar la adsorción de oro en soluciones de alto contenido de cobre en un medio con alto contenido de carbonatos.

ν Mejorar el desempeño del circuito de carbón.

ν Reducir el límite de detención en las lecturas de oro para poder cuantificar y ajustar la contabilidad metalúrgica.

Desarrollo y colección de datos

Se desarrolló un análisis histórico de datos de los reportes mensuales de actividad de carbón para conocer los valores típicos. Los resultados de la Figura 3 muestran que la actividad del carbón oscila entre 2.2% y 35% con algunos valores atípicos, todos ellos valores superiores. La actividad de carbono de Yanacocha es menor en comparación con otros sitios de Newmont, una de las razones principales es que el carbón usado de Newmont Yanacocha no se regenera térmicamente.

Estos valores bajos de actividad de carbón mostraron la oportunidad de mejorar la limpieza química del carbón en la etapa de lavado ácido.

El análisis de la solución gastada se muestra en la Figura 5, los datos fueron tomados del 2021 (análisis dos veces al día), el valor con mayor frecuencia es 0.02 ppm por ser el límite de detección más bajo reportado por el laboratorio analítico. Estos valores se consideran como pérdida de oro y se reportan mensualmente a la corporación. A partir del punto ~470 se reportan valores por debajo del límite inferior de detección (LDL), esto se debe a que se obtuvo un nuevo límite inferior de detección, más adelante se detalla una explicación sobre cómo se obtuvo este límite de detección.

La mejora inició con el análisis de los principales problemas que afectan el buen desempeño de la planta de carbón, luego se priorizaron estos y se inició por el problema que requirió una pronta solución.

Debido al rápido incremento del cobre en la solución rica, como siguiente paso, se procedió a realizar pruebas a nivel de laboratorio para luego hacer los cambios necesarios en planta CIC_PL. Para poder cuantificar los valores bajos de oro en la solución agotada se realizaron pruebas comparativas entre las metodologías de análisis, incluido lecturas por técnicas de Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) e Inductively Coupled Plasma, Mass Spectrometer (ICP -MS). Luego, se procedió a realizar las mejoras en los controles operativos de la planta, los resultados fueron seguidos diariamente observando los valores de oro en la solución agotada. Finalmente, se estimaron los beneficios y se definieron planes para la mejora continua.

Esta mejora se realizó siguiendo el Manual de manejo del carbón, que se define como la principal herramienta de replicación entre todas las minas de Newmont, es decir, que cuando se tiene una solución en alguna mina, se agrega la buena práctica al manual, que sirve para que otros sitios repliquen las mejoras aplicadas.

Solamente un ligero cambio en la infraestructura de la planta fue realizado, al agregar un punto de dosificación de cianuro al inicio del tren de carbón, este cambio pasó por el sistema de gestión de cambio que tiene Newmont Yanacocha para que todas las áreas involucradas tengan conocimiento y aprueben el cambio realizado. El mantener la cantidad apropiada de carbón en cada columna y el cambio inmediato de mallas rotas en la salida de los trenes, fueron uno de los controles operativos más influyentes en el adecuado manejo del carbón activado. Los controles administrativos ya establecidos, como el cumplimiento con los procedimientos ya implementados previamente, contribuyeron para lograr el objetivo.

En el lavado ácido del carbón, el ácido clorhídrico (HCl) incrementó la concentración hasta 3% v/v. Adicionalmente, la línea de agua para el lavado, que venía de la planta de tratamiento de agua ácida (AWTP), fue cambiado por un agua más limpia, proveniente de la planta de ósmosis en reversa (RO). El incremento de HCl y uso del agua proveniente de la planta RO contribuyó en obtener un carbón con menos carbonatos, después de la etapa de lavado.

Los datos de flujos y análisis de soluciones y carbones fueron almacenados en la plataforma del software PI, para luego ser extraídos a un plantilla Excel para su posterior análisis de los cambios realizados.

Para encontrar el ratio estequiométrico requerido de CN/Cu se realizaron pruebas metalúrgicas, se propuso un diseño factorial 2 K con dos factores, Ratio CN/Cu y pH, para saber si es estadísticamente significativa esta variable independiente de la adsorción de Cu. Considerando una réplica, se realizaron un total de ocho pruebas.

Presentación y discusión de resultados

Impacto del ratio CN/Cu en la adsorción 

Para resolver la adsorción de cobre en el carbón, Matthew Jeffrey (Newmont) compartió su publicación titulada: Un modelo mecánico de la adsorción en equilibrio de las especies de cianuro de cobre en el carbón activado”. (Dai et al, 2010). Este artículo describe la adsorción en equilibrio de especies de cianuro de cobre en carbón activado y se ha desarrollado un modelo de mecanismo. De las diferentes especiaciones de cianuro de cobre, el soluble es el más común presente en la solución de lixiviación de cianuro a cobre: CuCN, Cu(CN)⁻₂ y Cu(CN)^2-₃. Con una relación CN:Cu de 10, la adsorción de cobre sobre el carbono es muy pobre y el modelo de isoterma de Freundlich no tiene en cuenta la carga de equilibrio del cobre. Este modelo de Freundlich tiene una buena coincidencia en condiciones en las que las proporciones de cianuro a cobre eran bajas (2 a 3), pero para condiciones de proporciones más altas de cianuro a cobre (>3) con especiación de cobre de Cu(CN)²⁻₃ y Cu(CN)³⁻₄, el modelo que describe mejor el experimental fue el uso de la constante de equilibrio (k) de 2.42.

Se enviaron muestras de solución al laboratorio metalúrgico del site para realizar pruebas con variación de la relación CN/Cu. El informe del laboratorio recomendó utilizar cianuro para aumentar la relación CN/Cu 2/1.

Los resultados de las pruebas en el laboratorio mostraron que la adsorción de cobre sobre el carbón decreció significativamente cuando se alcanza un ratio estequiométrico de 2 moles de Cianuro por 1 mol de Cu.

Este cambio fue implementado en el circuito de carbón, la dosificación de cianuro que se estaba realizando al final del circuito se cambió al inicio con el objetivo de poder cumplir con este ratio de CN/Cu para soluciones con elevada concentración de cobre. El reducir la adsorción del cobre sobre el carbón permitió tener mayor capacidad al carbón para que pueda adsorber el oro, además de evitar enviar elevadas concentraciones de cobre a las siguientes etapas del proceso como desorción, Merrill Crowe y fundición. La Figura 7 muestra la mejora en el rechazo de cobre que realizó el circuito del carbón CIC PL.

La Figura 8 muestra la gráfica del análisis residual, los resultados mostrados en todos los gráficos indican una muy buena normalidad, homocedasticidad e independencia durante la prueba de laboratorio. La gráfica de probabilidad normal muestra que los valores residuales estandarizados están entre -2 y 2, por lo que no hay resultados atípicos.

El gráfico de Pareto mostró que la relación del factor CN/Cu es la más significativa. El pH y la interacción pH y relación CN/Cu no son significativos (por debajo de 2,8).

Reducción del límite de detección 

Un gráfico de control de rangos fue utilizado para estudiar la data obtenida en soluciones de bajo contenido de oro, donde se visualizó que la mayor parte de la población de triplicados está por debajo de 2.050 el límite superior de advertencia (UWL, por su sigla en inglés). Los límites de advertencias son límites en el gráfico de control que son usados como criterio para señalar la posible necesidad de acción o juzgar si un conjunto de datos indica un cambio en su estado de control estadístico.

Las pruebas comparativas con el equipo más sensible (ICP_MS) fueron analizadas estadísticamente.

De acuerdo con el análisis estadístico, la diferencia entre ambos equipos es aceptable, por lo tanto, es posible utilizar el ICP óptico para grados más bajos de soluciones de oro.

El límite de detección se redujo de 0.02 a 0.004 ppm en soluciones de oro.

Con los resultados de las pruebas comparativas de métodos de análisis y métodos estadísticos, aplicada a la data obtenida, el método fue mejorado, completado y validado como un método confiable para valores bajos de oro en soluciones agotadas provenientes del circuito de carbón.

Impacto en la solución agotada

Mejoras en la operación de la planta como la implementación de un sistema de dosificación de anti incrustante, control de los volúmenes de carbón en las columnas de adsorción, cambio oportuno de mallas en la salida del circuito de adsorción, mejora en el sistema de lavado ácido de carbón, entre otros, dieron como resultado una reducción de los valores de oro en la solución agotada.

Se realizó un análisis estadístico para verificar que la reducción de los valores de oro en la solución agotada fue significativamente menor a los meses previos. La gráfica inferior muestra el comparativo de ensayos en un histograma de frecuencias, donde se observó una reducción de la media y una campana de Gauss con una menor variabilidad, luego de realizar los cambios en el proceso.

Estimación y reporte de beneficios

En la Tabla 4, el cuadro inferior muestra los ahorros calculados al bajar los valores de oro en la solución agotada proveniente del circuito de carbón.

Conclusiones

1. El mantener la dosificación del cianuro en un ratio estequiométrico de 2/1 (CN/Cu) en soluciones de alto contenido de cobre, reduce la adsorción del Cu dentro del carbón y, por ende, da mayor capacidad al carbón para adsorber oro.

2. La reducción del límite de detección, en soluciones de bajo contenido de oro, de 0.02 a 0.005 ppm ha ayudado en gran medida a cuantificar y ajustar la contabilidad metalúrgica.

3. Hubo una reducción en los valores de oro que deja el circuito de carbón, impactado por la mejora de los controles operacionales y la reducción del límite de detección.

4. La instalación de un sistema de anti incrustante al inicio del circuito de carbón y el usar agua limpia proveniente de la planta RO, ayuda a evitar la saturación del carbón con carbonatos y, por ende, tener una mayor capacidad de adsorción de oro.

5. Considerando una reducción en los valores de oro en la solución agotada, se generó un ahorro de US$ 3.5 millones en 2022.

Bibliografía

Dai, X., Jeffrey, M. I., & Breuer, P. L. 2010. A mechanistic model of the equilibrium adsorption of copper cyanide species onto activated carbon. Hydrometallurgy, 101(3-4), 99-107.

Napier-Munn T. J. 2021. An introduction to comparative statistics and experimental design for mineral engineers.

Newmont Yanacocha. 2021. Gold Loss December 2021.

Newmont. 2021. Rapid replication playbook: Carbon Management.

Newmont Yanacocha. 2021. Pruebas de actividad de carbón con diferentes ratios CN/Cu.

Newmont Yanacocha. 2021. Actividad de Carbón resumen 2017-2021.

Newmont Yanacocha. 2021. Reduction of the detection limit in the gold analysis, Method in solutions process.

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