Chile se encuentra situado en un ambiente geológico altamente favorable para la formación de importantes y numerosos yacimientos metálicos de carácter poli-componentes. Es así que en Chile, existe una de las mayores mineralizaciones cupríferas del mundo, principalmente como yacimientos de tipo vetiformes, pórfidos cupríferos y estratoligados. En los primeros encontramos básicamente los minerales oxidados de cobre, tales como atacamita, cuprita, crisocola y brochantita. En los pórfidos cupríferos se encuentran los sulfuros; destacando la calcopirita, la cebellina, la bornita, la enargita y la calcocita. Pero además estos yacimientos pueden presentar cantidades variables de Molibdeno, Plata, Oro, y en menor medida Zinc y Selenio, entre otros, junto con un enriquecimiento moderado de tierras raras livianas y una débil anomalía de Europio. Los yacimientos del tipo estratoligados se encuentran en la cordillera de la costa y poseen una importante mineralización de sulfuros de cobre de alta ley. En general, los esquemas tecnológicos para producir cobre han considerado la recuperación de elementos secundarios como Oro, Plata y Molibdeno. Sin embargo, el resto de los elementos permanecen en calidad de residuos, ya sea relaves, ripios, escorias u otros. Por otra parte, la producción de cobre en Chile tiene asociada la generación de importantes cantidades de residuos, tales como ripios, escorias y relaves, con importante potencialidad de contener elementos de valor. En los últimos 10 años la industria del cobre ha generado 2.156 millones de toneladas de relaves. De acuerdo a una información publicada por SERNAGEOMIN (2010) se informa que existen 449 depósitos de relaves, de los cuales 125 aún estarían en operación. El presente proyecto tiene por objetivo principal evidenciar la potencial presencia de elementos de valor en estos residuos, mediante su caracterización química, física y mineralógica. Proponiendo además esquemas tecnológicos básicos, que permitan recuperar estos elementos como productos comerciables, considerando la atractiva demanda internacional por estos elementos.

Muestreo en tranque de relave de Planta Manuel Antonio Matta

La selección de relaves en los cuales se pudiera realizar un muestreo general, tuvo como base al catastro del SERNAGEOMIN, las plantas de tratamiento de ENAMI y de las medianas empresas agrupadas en la SONAMI. Los relaves de grandes empresas, nacionales y extranjeras, no se tuvieron en cuenta, básicamente, porque sus directivos no mostraron mayor interés en participar del Proyecto, otros solicitaron exclusividad de apropiación de los resultados, situación que se contrapone con el carácter público del Proyecto y por último, porque el Proyecto no contaba con los recursos para haber realizado campañas de muestreo de enormes tonelajes, o sea, mayores a 100 millones de toneladas. Las muestras fueron tomadas manualmente con una sonda que permite tomar muestras de 0 a 1 mt y de 1 a 2 mt. Este método permitió tomar muestras en varios puntos de un relave por día. Esto resulta especialmente importante, toda vez que los relaves son cuerpos heterogéneos, tanto vertical como horizontalmente. En los depósitos en que se construyen las paredes mediante hidrociclones, se encuentra que los taludes están constituidos de material más grueso que en el centro del tranque. En algunos tranques de relaves se encontraron grietas que permitieron tomar muestras en el sentido vertical a lo alto de la grieta. En una primera campaña de muestreo se tomaron muestras de 12 relaves, las que fueron caracterizadas químicamente. Todas las muestras fueron analizadas por 57 elementos. Los resultados de las caracterizaciones muestran presencia de varios elementos de interés, tales como cobre, hierro, vanadio, zinc, cobalto, así como algunos elementos de tierras raras como lantano, cerio y niobio. Recordar que muchos de los elementos contenidos de se han convertido en componentes clave y en materias primas estratégicas para el mantenimiento y desarrollo de nuevas y avanzadas tecnologías que permiten o facilitan el bienestar económico de los países industrializados.

Búsqueda de Elementos un desafió para los Países 

La mayoría de los países industrializados que pertenecen a la Unión Europea, además de EEUU y Japón, han reconocido explícitamente que la falta de ciertos elementos que están siendo producidos principalmente por China, Rusia, la República Democrática del Congo y Brasil, representan un gran desafío para la gestión de sus economías. Con las caracterizaciones químicas a la vista, se seleccionaron cuatro relaves para estudios más amplios y profundos. Junto con la presencia de elementos de valor, se tuvieron en cuenta también consideraciones como el tamaño, su situación legal y la accesibilidad como criterios de selección. Los tranques seleccionados fueron: Planta Taltal, El Salado, Minera Carola y Bellavista San Felipe. De estos cuatro relaves seleccionados, se tomó mayor cantidad de muestra y se enviaron a Alemania para caracterizaciones mineralógicas y pruebas de concentración y lixiviación. El análisis de minerales pesados fue posible hacerlo sólo a las muestras de Carola y El Salado, ya que tenían una fracción de minerales de tamaño grueso necesarios para este tipo de análisis. Las muestras de Taltal y Bellavista eran muy finas, lo que impidió poder analizarlas por minerales pesados. Se realizaron pruebas de concentración por densidad en una mesa húmeda de vibración. Con la muestra de Carola se logró un concentrado con 70 % de pirita y 4 % de calcopirita. Se debiera estudiar la posibilidad de separar el cobre mediante flotación o evaluar la posibilidad de agregar este concentrado a la lixiviación bacterial de concentrados pobres en azufre. Las muestras exploratorias de Taltal, y las tomadas para la realización de pruebas mostraron gran diferencia en el contenido de Fe2O3 (41,7 % exploratorias y 28 % pruebas). Esto no permitió tener resultados concluyentes en el tratamiento con la mesa de vibración. Con las muestras de El Salado se logró un concentrado con un contenido de solo el 29 % del cobre inicial, lo cual no hace recomendable este proceso. Por el alto contenido de finos de Bellavista, no se realizaron pruebas en la mesa de vibración. Dado el alto contenido de hierro, especialmente en las muestras de Taltal y Carola, se realizaron pruebas de separación magnéticas, para cuantificar la eficiencia de esta técnica para separar hierro magnético. En la empresa de Ingeniería JRI, se realizaron pruebas de caracterización magnética a muestras de Taltal. Las pruebas consistieron en una evaluación preliminar respecto a cuán magnetizable es la muestra. Para esto se realizó un análisis granulométrico, luego se realizó un ensayo con el tubo Davis (DTT) y se definió la susceptibilidad magnética. Los resultados indican que a diferentes campos magnéticos (1000, 3000 y 4000 Gauss), la recuperación de hierro magnético fluctúa entre 42 a 46 %.

Pruebas de Separación Magnéticas

También se realizaron en Chile pruebas de separación magnética manual. Los resultados muestran que el 87,3 % de la muestra de Taltal se reportan en la fracción magnética. La muestra de Carola se divide en 41 % en la fracción magnética y el 58,9 % la fracción no magnética. Bellavista reporta 19,8 % como fracción magnética y 80 % no magnética. El Salado reporta solamente 3,7 % magnético y 96,3 % no magnético. Los análisis químicos de las fracciones magnéticas y No magnéticas muestran resultados sorprendentes. En el caso de las fracciones de la muestra de Taltal tenemos que sobre el 91 % del hierro se reporta en la fracción magnética. Lo sorprendente es que también se reportan en la fracción magnética altas concentraciones de cobre (84,9 %), vanadio (91,5 %), zinc (80 %) y níquel (89,4 %). Esto indica que estos elementos se encuentran ocluidos o cocristalizados con magnetita. Para su recuperación será necesario liberar los minerales de cobre, mediante por ejemplo una molienda más fina. En la muestra de Carola el 69,8 % del hierro se reporta en la fracción magnética. El contenido de otros elementos como por ejemplo cobre, lantano y cerio, es de 29,5 %, 40 % y 39,6 % respectivamente en la fracción magnética. La muestra de El Salado reporta que el 14,2 % del hierro se encuentra en la fracción magnética. En tanto que elementos como el cobre, vanadio, níquel y zinc se encuentran con 3 %, 8,2 %, 9,8 % y 22,3 % respectivamente en la fracción magnética. La muestra de Bellavista reporta que el 42,6 % del hierro se encuentra en la fracción magnética. En tanto que cobre, telurio y galio se encuentran con 13,3 %, 16,4 % y 16,7 % respectivamente en la fracción magnética. Complementario a las pruebas de concentración y separación magnética se realizaron pruebas de lixiviación bacterial y convencional por suspensión. La lixiviación bacterial se realizó con muestra original, en la BGR en el grupo de trabajo del Profesor Dr. Axel Schipper. El tiempo de lixiviación se extendió por 24 días, en condiciones estable de temperatura (30 %) y concentración de ácido. Las mejores recuperaciones de cobre por muestra fueron: Taltal 70 %, Carola 2,5 %, Bellavista 54 % y El Salado 76 %. En la empresa IZB-Salzchemie de Alemania se realizaron pruebas de lixiviación por suspensión. Se usó ácido sulfúrico al 5 %. El material probado fueron los dos concentrados no magnéticos de minera El Salado, el Concentrado 2 no magnético de Minera Carola y las muestras originales de Taltal y Bellavista. Los mejores resultados de las recuperaciones de cobre y zinc fueron las siguientes: Taltal 83,9 % de Cu y 7,3 % de Zn, Minera Carola 1,2 % de Cu y 15,9 % de Zn, Bellavista 66 % de Cu y 15,3 % de Zn y El Salado 72 % de Cu y 1,5 % de Zn.

Pruebas de Lixiviación

Las pruebas de lixiviación realizadas en Chile, se realizaron en los laboratorios de la empresa BASF. Se emplearon HCl y H2SO4 como medios lixiviantes y Fe3 (5 g/l) como medio oxidante. El tiempo de reacción fue de 2 horas a 25 y 70 ° C. las muestras corresponden a las fracciones no magnéticas de cada sitio. Los mejores resultados de recuperación por muestra fueron: Taltal 97 % Cu con H2SO4 y 95 % con HCl. Las recuperaciones de Cr, Co, Ni, ZN con H2SO4 fueron 74 %, 64 %, 62 %, 72 %Y 85 % respectivamente En El Salado la recuperación de Cu alcanza con los dos medios lixiviantes, 98 %. También resultan muy interesantes las recuperaciones de Sn, Cd, Te y Ge que alcanzan sobre el 90 %, con los dos lixiviantes. La recuperación de Bi alcanza casi 80 %. Por su parte Minera Carola, obtiene la mejor recuperación de cobre bajo el sistema con H2SO4 con 87 %, en tanto, con HCl alcanza sólo el 65 %. Níquel Ni, Estroncio Sr, cesio Cs, hafnio Hf, Tantalio Ta, así como las tierras raras lantano La, torio Th, alcanzan en el sistema con HCl recuperaciones sobre el 80 %. En Bellavista las recuperaciones de cobre alcanzan 85 % con H2SO4 y 81 % con HCl. Interesantes recuperaciones se lograron de Cd, Se, Te, Ge superando los 90 % de rango. Los resultados muestran que, se han logrado muy interesantes grados de disolución, tanto de Cu como de Zn y otros elementos. En algunas muestras como Carola se han logrado grados de disolución de Ni por sobre 93 % con HCl.

Resultados del Proyecto

A juicio de los investigadores se ha cumplido totalmente con uno de los objetivos centrales del Proyecto, el cual era la evidenciación y cuantificación de elementos de valor presentes en los relaves. El segundo tema al cual creemos haber aportado importantes conocimientos, tiene que ver con saber con qué esquemas tecnológicos y bajo que parámetros es posible lograr disoluciones con altos grados de extracción de elementos de valor. Todo esto junto con importante información respecto a la composición mineralógica, clave para desarrollar esquemas tecnológicos tendientes a la recuperación de elementos de valor. Las tareas pendientes del Proyecto que no se pudieron abordar por falta de tiempo y fundamentalmente de recursos financieros, son la realización de pruebas que permitan definir procesos (extracción mediante extractantes orgánicos, intercambiadores iónicos, cementación, cristalización fraccionada, osmosis, etc.) de recuperación de elementos de valor desde la matriz acuosa, después de la lixiviación. En caso de una posible continuación del tema, se recomienda la realización de pruebas tendientes a liberar los minerales de los elementos de valor, de otros minerales, especialmente magnetita y cuarzo. También la realización de pruebas a mayor escala a objeto por un lado de validar los resultados en este trabajo y por otro lado con el fin de generar cantidad de soluciones que permitan realizar las pruebas aguas debajo de la lixiviación y obtener muestras de productos comerciales.

Revise acá el Proyecto Completo ; Informe_Tecnico_Final_13BPC3-19021

Fuente  : Cochilco