¿Cómo puede aumentar la recuperación de cobre de su proceso SX-EW en un 8.9% en solo 29 días?

¿Qué es SX-EW?

La extracción por hidrometalurgia es una forma efectiva de recuperar cobre de minerales de cobre de baja ley.

Pero, ¿cómo se hace?

La lixiviación en pila es el método elegido más a menudo para la recuperación de cobre a partir de minerales oxidados. Se usa una solución ácida para lixiviar el metal, disolviendo el cobre en lo que se conoce como solución de lixiviación cargada (PLS). Esta solución se recoge y purifica por extracción con disolvente (SX). La SX es un proceso de dos pasos para cargar el cobre en una solución orgánica, seguido de la remoción del cobre del compuesto orgánico, hacia una solución acuosa.

La etapa final del proceso es la electrodeposición del cobre a partir de la solución acuosa, obteniéndose un cátodo de cobre puro.

Con el tiempo, las impurezas se acumulan dentro del electrolito y pueden poner en riesgo la pureza del cátodo de cobre si no se disminuye su concentración.

¿Qué se puede hacer para evitar esto?

Se necesita de una purga de la solución de electrodeposición (EW) para combatir esta acumulación de contaminantes. Luego de que esta porción de solución se purga del estanque de almacenamiento de EW, a menudo se recicla dentro del circuito de recuperación de cobre SX-EW. Surgen problemas subsecuentes cuando esta purga tiene altas concentraciones de cobre, es el modo en el que se puede usar la tecnología emew para hacer que el proceso de recuperación de cobre SX-EW sea más eficiente y más rentable. La ventaja de integrar emew a un sistema SX-EW existente es su capacidad para extraer cualquier cobre residual en la purga y recuperarlo como un cátodo de cobre de valor comercial.

Voy a analizar el proceso SX-EW para la recuperación de cobre, centrándome específicamente en la necesidad de una purga EW y el modo en que las tecnologías emew pueden ser una parte integral del proceso de recuperación de cobre.

¿Cómo se recupera Cu por SX-EW?

La recuperación de cobre por SX-EW se puede explicar como un proceso de 4 etapas. La Figura 1 muestra el flujo de las soluciones y de los productos dentro del circuito SX-EW.

Las etapas son los siguientes:

1. LIXIVIACIÓN

• El mineral de cobre de baja ley es lixiviado, generando residuos sólidos y cobre PLS.

2. EXTRACCIÓN

• El cobre PLS se envía para su extracción, en la que el cobre se carga en la fase orgánica, dejando un licor de lixiviación carente de cobre (producto de refinado) para ser reciclado de nuevo a la lixiviación en pila.

3. SEPARACIÓN

• El cobre se separa de la fase orgánica, hacia la fase acuosa, el compuesto orgánico se envía de vuelta hacia la extracción.

4. ELECTRODEPOSICIÓN

• La solución acuosa cargada con cobre se electrodeposita, obteniéndose cátodo de cobre como producto final, el electrolito gastado se recicla nuevamente hacia la etapa de separación.

Las plantas purgan una parte del electrolito EW para controlar las impurezas y mantener la calidad del cátodo. Varias impurezas pueden causar efectos adversos cuando incorporan al electrolito.

La Tabla 1 describe estas impurezas y sus consecuencias sobre la electrodeposición y la calidad del cátodo de cobre.

Tabla 1. Consecuencias de diversos contaminantes en el electrolito de EW

La recirculación constante de Fe2 +, Fe3 + o Cl-, hace que su concentración aumente dentro del estanque de alimentación de EW, lo que lleva a la pérdida de la eficiencia de la corriente eléctrica (CE) o, a un depósito de mala calidad. Se hace una purga de un volumen específico de este rico electrolito, y se le reemplaza por agua.

Entonces, ¿qué tan grande es la purga?

La purga del electrolito varía entre del 0 al 5%, la mayoría de las plantas están en el rango de 0 a 1%. La alta concentración de hierro es el motivo más común para la purga. Dado que esta purga  aún contiene altas concentraciones de cobre, >35 g/L, se recicla dentro del circuito SX-EW para evitar la pérdida de cobre.

¿A dónde se envía la purga?

En el circuito, el sangrado generalmente se envía a: el estanque de solvente reciclado, el estanque PLS, la etapa de extracción SX o la etapa de lavado SX, Figura 1. Las desventajas de reciclar el sangrado a estas ubicaciones son las siguientes:

A) Estanque de solvente reciclado

• De acuerdo con la Ley de Fick, el aumento de la concentración de cobre en el solvente reciclado disminuye la capacidad lixiviante del solvente reciclado, lo que ocasiona una menor recuperación de cobre de la pila.

B) Estanque PLS

• Cuando se aumenta la concentración de cobre hacia la etapa SX, se necesita una gran proporción de solvente de extracción, lo que provoca un remanente y una pérdida.

C) Etapa de extracción (E1)

• El aumento de las concentraciones de cobre y ácido en la etapa SX disminuye la recuperación, esto se puede compensar aumentando la concentración del solvente de extracción, pero ocasionará a un mayor remanente y pérdida compuestos orgánicos.

D) Etapa de lavado SX

• El aumento de la concentración de ácido en la etapa de lavado conduce a la pérdida de cobre, esto es similar a la etapa de separación.

Fig. 1. Diagrama de flujo de la Recuperación de Cobre por SX-EW, que muestra las posibles rutas para que el electrolito gastado sea reciclado dentro del circuito

Una alternativa para reciclar la purga es extraer el cobre de la purga. Esta solución baja en cobre y con alto contenido de ácido puede enviarse al solvente reciclado para una mayor recuperación de lixiviación o hacia E1 para una mayor recuperación de SX. Cuando se usa la purga EW sin tratamiento (aproximadamente 5 g/L de cobre) para lixiviar el mineral, es menos eficaz que una solución de lixiviación sin cobre.

¿Cómo se explica esto?

Este principio se basa en la ley de difusión de Fick, afirmando que “la cantidad de una sustancia que cruza un área determinada es proporcional al gradiente espacial de concentración y, a la constante de difusión, que está relacionada con el tamaño y la forma molecular” (Lackie, 2013). Lo que esto significa es que cuando ya hay cobre en la solución de lixiviación, es menos eficaz para  lixiviar más cobre de la pila.

La única forma de aumentar significativamente la capacidad de lixiviación de la solución del solvente reciclado  es mediante la purificación del solvente reciclado antes de enviarlo de vuelta a la pila, y aquí es donde entra en acción emew.

¿Cómo ayuda emew en la recuperación de Cu con SX-EW?

La ventaja de usar emew en una planta SX-EW es la de una mayor recuperación de cobre, para disminuir la carga de cobre en recirculación. Un resultado directo de la electrodeposición del cobre es un aumento consecuente del ácido que también ayuda a mejorar la eficacia de la lixiviación. Como se analizó anteriormente, existen serias consecuencias por una alta carga del cobre en recirculación.

emew puede resolver este problema.

El cátodo de cobre de valor comercial se puede recuperar a partir de soluciones de tan solo 1 g/L de cobre, y los sistemas de emew lograr el agotamiento hasta 500 ppm. Incluso bajo condiciones de operación extremas, emew puede producir cátodos de cobre de valor comercial de alta calidad a partir de soluciones altamente contaminadas, con bajas concentraciones de cobre. Una de las características más importantes de emew es que se puede anexar a una planta SX-EW existente, Figura 2.

emew es modular

Una configuración modular significa que emew se puede poner en marcha fácilmente para purificar el sangrado electrolítico, evitar la pérdida de cobre, disminuir la carga de recirculación de cobre, aumentar el ácido devuelto a la pila, aumentando así la efectividad general de la lixiviación en pilas.

Fig. 2. Diagrama de flujo de recuperación de cobre usando SX-EW con emew

¿Es posible usar EW convencional para esta etapa?

Las celdas EW convencionales se pueden usar aquí, pero no pueden funcionar con la misma eficacia por debajo de 20 g/L, por lo que no es posible agotarlas en concentraciones tan bajas como para obtener los mismos beneficios que con emew. Usar emew para el agotamiento adicional del cobre agrega valor al aumentar la cantidad obtenida de cobre con valor comercial,  devolviendo menos cobre y más ácido a la pila y disminuyendo el capital de trabajo.

¿Tiene emew igual valor aumentado?

El CAPEX para emew es relativamente bajo, especialmente cuando se le anexa a una planta existente, y cuando se considera la rentabilidad del cobre producido con valor comercial, así como la mayor eficacia de la lixiviación cuando se recicla el ácido que está libre de cobre. Cuando en una planta es elevada la carga del cobre reciclado, representa un alto inventario de cobre y un alto capital de trabajo.

En otras palabras, la disminución de la carga de cobre aumenta significativamente la recuperación de cobre en la primera etapa, y la rentabilidad general de una planta. La capacidad de producción puede ampliarse cuando hay menos recirculación de cobre. Además ofrece una mayor recuperación de cobre en el lixiviado o en la SX. El ácido libre de cobre no solo tiene un mejor efecto en la recuperación de la lixiviación, sino que también se puede usar para el lavado de filtros, disminuyendo las pérdidas de cobre en el circuito.

Se llevaron a cabo pruebas que duraron 29 días para comparar la velocidad de lixiviación al reciclar el electrolito gastado con y sin tratamiento de emew. Cuando se usaron los sistemas emew, hubo un aumento del 8.9% en la recuperación de cobre de la lixiviación (Badilla, 2013).

Cuando la concentración de cobre es alta en el solvente reciclado, aumenta la carga catiónica, disminuyendo el flujo de difusión. La ley de Fick, como se mencionó previamente, puede explicar este fenómeno.

Con la disminución en la recirculación de cobre y el aumento en la lixiviación de cobre, la planta puede tener un incremento de 5 a 10% en su capacidad a un costo relativamente bajo. El aumento de la capacidad de producción es solo uno de los beneficios de anexar emew a un circuito SX-EW existente, la disminución de la demanda de ácido, la menor carga de cobre reciclado, la alta versatilidad del proceso y la alta pureza del cobre a bajas concentraciones, se encuentran entre las otras ventajas.

¿Cómo se compara SX-EW-emew con SX-EW?

Comparando una planta SX-EW que incorpora emew para recuperar cobre de la purga con una que no lo hace, los beneficios y la amortización justifican el capital para anexar emew a un circuito existente.

La disminución de la carga de cobre en recirculación permite una mayor recuperación de cobre en la lixiviación y una mayor capacidad de la planta SX-EW. Al aumentar la recuperación del cobre de  un 5 a 10%, mejorará la rentabilidad y disminuirá el capital de trabajo de la planta, con un desembolso mínimo de capital. Al no eliminar la carga de cobre en recirculación, la recuperación general de cobre disminuye y el gasto total de operación es mayor debido a la exigencia de ácido nuevo para las etapas E1 y Lavado SX.

La adición de emew a una planta SX-EW existente es la elección obvia para maximizar la recuperación de cobre y para mejorar la seguridad de los trabajadores debido a la naturaleza cerrada de las celdas emew, eliminando la niebla ácida. Añadir un sistema emew en los circuitos SX-EW da como resultado una mejor rentabilidad y producción.

Referencias

Badilla, S., Haussmann, F., and Blumos, S. (2013). Recovery Improvements in Copper Heap Leaching by Using emew Technology. IIMCH, 4.

Dixon, R., et. al. (2007). Adding Value to LIX/SX/EW Operations by Recovering Copper from Bleed, Raffinate and Other Plant. Conference of Metallurgists.

Dresher, W. (2011). Innovations: How Hydrometallurgy and the SX/EW Process Made Copper the “Green” Metal. [online] Copper.org. Available at: https://www.copper.org/publications/newsletters/innovations/2001/08/hydrometallurgy.html[Accessed 2 Feb. 2018].

Lackie, J. (2013). The Dictionary of Cell & Molecular Biology (5th ed.). Academic Press.