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CONVOCATORIA TRABAJOS TÉCNICOS Y DE INVESTIGACIÓN

ENCUENTRO DE OPERADORES

PERUMIN – 30 Convención Minera

Arequipa, 12 al 16 setiembre de 2011

HIDROMETALURGIA CERRO

VERDE: DESAFIOS PARA LA LIXIVIACIÓN

DE MINERALES SULFURADOS SECUNDARIOS

TRANSICIONALES. CERROVERDE

HYDROMETALLURGY: CHALLENGES FOR

TRANSITIONAL SECONDARY SULFIDESLEACHING

Helbert Galdos Valdivia Supervisor Senior Operaciones Lixiviación Gerencia de procesos Hidrometalúrgicos Sociedad Minera Cerro Verde Teléfofono:054-381515(2281) helbert_galdos@fmi.com Héctor Málaga Lazo Ing. de Planeamiento Gerencia de Procesos Hidrometalúrgicos. Sociedad Minera Cerro Verde Teléfono:0.54-381515 (2381) hector_malaga@fmi.com

Resumen

El proceso de Lixiviación en Cerro Verde,

ha ido cambiando constantemente,

actualmente la cantidad de mineral

secundario ha ido declinando y ha

comenzado a hacerse más importante, la

cantidad de mineral primario abastecido a

nuestro proceso de lixiviación, estos

minerales juntos, constituyen los sulfuros

secundarios transicionales, es de

esperarse para este tipo de mineral, una

menor recuperación. El presente trabajo,

mostrará las acciones tomadas para

minimizar el impacto y e incluso poder

mejorar el desempeño de lixiviación, de tal

manera que no impacte en la producción

de cátodos.

Abstract

Cerro Verde Leaching process has been

changing constantly, actually the quantity of

secondary sulfides is declining; the quantity

of primary sulfides has started to become

more important, these materials together

are called transitional secondary sulfides.

Lower recoveries are expected. This paper

will show the actions taken to minimize the

impact and even improve the performance

of leaching, so as not to impact the cathode

production.

1 INTRODUCCIÓN

Sociedad Minera Cerro Verde, compañía subsidiaria de Freeport Mac Moran Copper & Gold Inc.; se encuentra ubicada al sur del Perú, cerca de la ciudad de Arequipa. Cuenta con dos plantas de procesamiento de minerales de cobre: una planta de lixiviación y una planta concentradora. La planta de lixiviación inició su operación industrial en el año 1972 procesando óxidos y sulfuros secundarios de cobre en Pads permanentes, por medio de chancado, aglomeración, lixiviación, extracción por solventes y electrodeposición. Sobre estos pads de mineral chancado años después se colocó mineral de baja ley del tipo ROM (Run Of Mine, por sus siglas en ingles), procesando minerales sulfurados secundarios de baja ley (Cobre total por debajo de 0.2%). En el año 2006 se inicia la operación de la planta Concentradora (procesando más de 100k tm/día).

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1.1 Antecedentes

El procesamiento por lixiviación, de minerales sulfurados secundarios (calcosita, covelita) en Cerro Verde, han ido cambiando en el tiempo y mas aceleradamente en los últimos años, donde el mineral transicional (sulfuro secundario +sulfuro primario) ha ido reemplazando en parte al sulfuro secundario puro lixiviable, esperándose por tanto una caída en el porcentaje de recuperación, que impactaría en la producción de cobre catódico, ante este nueva realidad era necesario tomar algunas medidas de operación del proceso, que permitieran la sostenibilidad de las producciones de la planta de lixiviación, de tal manera de seguir siendo sustentables para nuestra organización. La lixiviación de sulfuros es básicamente un proceso de oxidación, en donde el cobre y el azufre contenidos en la calcosita son reducidos a Cu

+ y S

-2. Se completa la

lixiviación cuando el cobre y el azufre son oxidados a Cu

+2 y S

0, como observamos en

las siguientes reacciones: Cu2S+2Fe

+3 Cu

+2 + 2Fe

+2 + CuS (1)

CuS+2Fe+3

Cu+2

+ 2Fe+2

+ So (2)

Básicamente nuestro proceso de lixiviación, es del tipo ácido férrico, siendo la etapa ácida de 60 a 90 días, donde

recuperábamos todos los cobre solubles en ácido del mineral, el resto del ciclo de lixiviación de un total de 240 días, se realizaba con una mezcla de ILS (Intermediate Leaching Solution) y Raff proveniente de la planta de extracción por solventes. Obteniéndose para un mineral sulfurado secundario puro una recuperación a 3 ciclos de lixiviación de 80% del Cobre Total, con un ratio de lixiviabilidad de 88% (promedio).

1.2 Descripción del proceso

Hidrometalúrgico de Sociedad

Minera Cerro Verde

El movimiento de soluciones en el proceso de Lixiviación de Cerro verde es de tipo cascada, es decir las soluciones que son percolación en la etapa ROM, forma parte del riego aguas abajo (proceso de Alta Ley), recuperando el cobre de dos fuentes de mineral , el directo de Mina (ROM) y del mineral de alta ley (Chancado y aglomerado). Este manejo de soluciones permite regular la calidad de lixiviante en las dos etapas y principalmente en la etapa del mineral de Alta Ley, ya que es allí donde se obtiene el 80% de la producción total del proceso.

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1.3 Sistemas de Lixiviación:

Nuestro proceso Hidrometalúrgico presenta diferentes sistemas de operación, que fueron seleccionados de acuerdo a factores técnicos y económicos algunos de los cuales son:

VARIABLE

1 Ley de cobre total

2 Reservas de mineral

3 Caracterización mineralógica

4 Comportamiento metalúrgico

5 Capacidad de procesamiento

6 Costos de operación y de capital

7 Rentabilidad

En función de estas variables se definieron

2 tipos de lixiviación:

Lixiviación en Dumps (baja ley), ROM y

Lixiviación en pilas (Alta ley), mineral

chancado.

1.3.1 Lixiviación en Dump (ROM).-

Consiste en lixiviar mineral directamente de la mina, lo que debido a sus bajas leyes (<0.2% CuT), no pueden ser tratados por chancado lixiviación, ya que de hacerlo el proceso no sería rentable. Nuestros Dumps (pilas ROM) son apilados con mineral con granulometrías entre 1” y 12” de diámetro. La recuperación que se obtiene es de 47% del cobre total en 3 ciclos de lixiviación de 300 días cada uno. El sistema de riego utilizado es de aspersión de bajo ángulo, para reducir la evaporación y maximizar la uniformidad de riego.

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Normalmente la lixiviación de ROM, es una operación de bajo rendimiento, pero también de bajo costo. La ventaja más importante de operar los Pads ROM, además de un aporte de cobre, es por la

producción de Sulfato Férrico, que será utilizado para el siguiente proceso de lixiviación, como se mostrará más adelante.

Vista del Pad ROM

Vista del Pad ROM

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1.3.2 Lixiviación en Heap Leaching.-

Para este proceso, el mineral procedente de la mina, debe ser procesado en una planta de chancado, para conseguir una granulometría controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad, además incrementar la superficie de exposición, para posteriormente puedan ser atacados por los agentes lixiviantes. Después de adecuar el tamaño de partícula, el mineral es aglomerado con solución Rafinato proveniente de extracción por solventes y ácido sulfúrico, la cantidad adicionada dependerá de las características mineralógicas. El mineral aglomerado es transportado al pad de lixiviación mediante faja transportadora sobre terreno y

acomodadas en la pila mediante un apilador de tipo radial. Nuestro pad de lixiviación es de tipo permanente, con sobre posición de capas, cada capa con 6.5 mts de altura (altura post compactación), cabe recalcar que en este tipo de proceso, no se generan ripios. El tamaño de partícula es de 20% +3/8”. El contenido de cobre total está en un promedio de 0.45%, la recuperación alcanzada es de 80% del cobre total en 3 ciclos de operación, cada ciclo de 240días. La solución de riego es aplicada por medio de goteros, Cerro Verde tiene totalmente automatizado el sistema de riego en el pad de lixiviación, lo que significa que podemos controlar todas las variables de riego desde un cuarto de control.

1.3.3 Características mineralógicas del

mineral de lixiviación.-

En Cerro Verde los minerales

predominantes se muestran en la tabla 1.

Tabla 1 Especies mineralógicas

MINERAL FÓRMULA Calcopirita CuFeS2

Bornita Cu5FeS4 Calcosita Cu2S Covelita CuS

Nota: Los porcentajes de calcopirita han ido en aumento, desde 10%, rango con los que se operó hasta el 2005, hasta rango de 45% en los últimos años. Ver gráfico 1 donde se muestra el incremento de la cantidad de calcopirita y la disminución del la calcosita.

Vista panorámica del Heap Leach (Pad 4 A)

Apilador radial Heap Leach Pad (mineral chancado y aglomerado)

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2 CAMBIOS EN LAS VARIABLES DE

OPERACIÓN

La única manera de manejar la lixiviación, es controlando las variables más influyentes en la Pila. Las variables que se modificaron para mejorar la recuperación, al tratar un mineral más refractario son: a. Flujo de Riego (leach rate). b. Calidad de Lixiviante. c. Incremento de Ion Férrico en la solución de riego del Pad 4.

2.1 Incremento del flujo de riego al Heap

Leach Pad (Pad 4 A).-

Conforme al incremento del tonelaje total apilado en este pad, se debería de incrementar el caudal de riego, ya que la columna de lixiviación, se incrementa conforme se eleva la altura del Pad, por lo tanto no era aconsejable reducir o mantener las tasas de riego en los niveles anteriores, ya que se perdía volumen de solución de percolación, con el consecuente impacto en la reducción de la producción. Además al regarse con menos volumen se reduce la presión de la solución en el mineral subyacente (inferior), el cual por su menor permeabilidad, incrementará el tiempo de transporte vertical de la solución. Por lo antes comentado se tomó la decisión de incrementar el flujo de riego en el Heap leach Pad, reduciendo la variabilidad en el flujo de PLS a planta, permitiendo un manejo más estable de la planta de extracción por solventes.

En el gráfico 2 se muestra el flujo de riego en el tiempo y el efecto en el flujo de PLS a planta. Para comparar el impacto de estos cambios, se trabajó en la estadística de los flujos de percolación (PLS), los resultados se muestran en las tablas 2 y 3.

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Nota: La tabla 2 muestra la Estadística del flujo de PLS antes de las modificaciones de incrementar el flujo de riego, notemos que el coeficiente de variación con que se operaba era de 21.53%. La tabla 3, muestra la estadística del flujo de PLS después de las modificaciones (incremento de flujo en el riego), el coeficiente de variación se redujo a 5.09%. El gráfico 2 muestra el flujo de riego y cosecha en función al tiempo.

2.2 Incremento de Férrico en el Riego.-

Es propio de la lixiviación de sulfuros secundarios transicionales el incremento de Férrico en el riego, la teoría lo indica, pero no sería posible hacerlo sin cumplir cualquiera de estas condiciones: una bio lixiviación con aireación forzada o teniendo un reactor externo (nuestro caso), que produzca el férrico necesario para la lixiviación del Heap Leach. Al tener un sistema de riego de tipo “cascada”, utilizando las soluciones de los Dumps Leach Pads (Pads ROM), como solución lixiviante en el heap leach, era imperante emplear estos pads como reactores

productores de Férrico. Por motivos de la construcción de la ampliación de uno de los Pads ROM, se dejó en reposo 3 celdas de este Pad, produciéndose un reposo de 1 año aproximadamente; al reiniciar el riego de este Pad, se incrementó la concentración de Cobre de 1 gpl a 2 gpl y el Férrico en solución varió de 5 gpl a 7 gpl. En el gráfico 3 se muestran las variaciones de concentración en el mineral ROM. La concentración ILS, que conforma parte del riego del Pad de alta ley, se incrementó de 6 gpl a 8 gpl de Ión Férrico, tal como se muestra en el gráfico 4, incrementando el potencial electroquímico de riego al Pad 4 de 440 mV a 480 mV.

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Nota: El gráfico 3 Muestra las concentraciones de Cu

+ y Fe

+3 en la cosecha del Pad ROM 1

Nota: El gráfico 4. Muestra la concentración de Fe

+3 por fuente (Pad ROM y Pad 1X).

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Nota: El gráfico 5. Muestra la concentración de Fe

+3 en el riego Pad 4 y el Potencial electroquímico

de la solución de riego al Pad 4.

Nota: El gráfico 6. Muestra la concentración de Fe

+3 en el riego y cosecha del Pad 4.

Los gráficos 4, 5, y 6 muestran las variaciones de concentraciones de Fe

+3 en

las soluciones de avance al Heap leach, incrementando el potencial electroquímico de la solución de riego, además el consumo e Fe

+3 en el Heap leach, se ha

incrementado de 2 gpl a 4 gpl.

2.3 Porcentaje de ILS vs Raff en el

Riego.-

Las proporciones de Raff-ILS en el riego del heap leach (Pad 4 A) sufrieron variaciones a lo largo de la operación, estas modificaciones se orientaron a mejorar la calificación del lixiviante. A partir del año 2008 hasta la fecha se ha incrementado el porcentaje de cobre

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insoluble en el mineral, es por ello que se decidió realizar un cambio en la proporción de Raff / ILS, dando preferencia al porcentaje de ILS en la solución, modificándose las proporciones de 50% ILS / 50% Raff, a 75% ILS / 25% Raff, con esta modificación, se obtuvieron dos mejoras importantes:

• Mejorar la calidad del lixiviante, incrementando el potencial electroquímico de la solución de riego. • Lixiviar con soluciones más limpias, ya que la solución raff, contiene arrastre de orgánicos y diluyentes, mientras que la solución ILS, al ser el producto de la lixiviación ROM, su contenido de sólidos suspendidos es reducida.

Nota: El gráfico 7. Muestra los flujos de ILS y Raff al riego Pad 4

3 RESULTADOS

Los resultados, producto de la implementación llevada a cabo, se pueden resumir básicamente en 2 puntos que se describen a continuación:

3.1 Calidad del mineral (índice de

lixiviabilidad) y recuperación obtenida a

1 ciclo de lixiviación.-

A 240 días de operación (un ciclo de lixivación), resultados obtenidos del muestreo de sólidos, que se realiza, para hacer seguimiento de la recuperación del mineral de lixiviación.

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Nota: El gráfico 8. Recuperaciones por calidad de mineral, antes y después de los cambios llevados a cabo en el Pad de lixiviación.

El gráfico 8 relaciona la recuperación a un ciclo de lixiviación (240 días de operación), versus la calidad del mineral, que es dada para el índice de lixiviabilidad (ver triángulos), y una segunda serie de resultados tomados después del 2009. De este gráfico podemos observar que por ejemplo si tomáramos el intervalo en las “X”, entre 0.7 y 0.75 de índices de solubilidad, se ha obtenido una mejor recuperación, después del 2009, es decir privilegiando el Ión Férrico en la solución de riego al Heap Leach Pad (Pad 4 A).

Este mismo efecto es similar en cualquier período, lo que se indica entonces en las líneas de tendencia mostradas.

3.2 Curva cinética proyectada a 3 ciclos

de lixiviación

Mediante el uso del simulador de procesos (METSIM), y con los resultados de campo obtenidos por el muestreo se sólidos, podemos constriur las cinéticas de recuperación proyectadas a 3 ciclos de lixiviación, para el caso se escogieron 2 curvas que teniendo la misma calidad de mineral (igual indice de solubilidad), poder la recuperación a 3 ciclos de lixiviación.

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Nota: El gráfico 9. Recuperaciones proyectadas a 3 ciclos con el mismo índice de lixiviabilidad.

4 CONCLUSIONES

4.1 Se puede considerar al proceso ROM

en Dump Leaching, como un reactor

generador productor de ión férrico, además

de un aporte de cobre al proceso. Esta

cualidad nos permite calificar nuestras

soluciones de riego, privilegiando la

cantidad de ion ferrico que entre al riego

del Heap Leach Pad (Pad 4 A), El ion

férrico.

4.2 El Ión Férrico se comporta como un

fuerte oxidante, que ayuda a catalizar el

proceso de lixiviación, que de otra manera

sería realizada en tiempos muy largos, lo

que haría, poco factible económicamente

hablando un proceso de lixiviación en Heap

Leach Pad; el poder contar con el recurso

ROM permite entregar al proceso, la

cantidad necesaria de ion férrico para

asegurar que el proceso de lixiviación sea

rentable La siguiente tabla muestra los

requerimientos de consumo de férrico por

unidad de cobre lixiviado.

MINERAL CONSUMO DE FÉRRICO

Calcosita (Cu2S) 1

Bornita (Cu5FeS2) 1.44

Covelita (CuS) 1.6

Calcopirita (CuFeS2) 3.2

De la tabla podemos inferir que una mayor cantidad de Férrico en nuestro sistema puede ayudar a lixiviar minerales mucho mas refractarios, entonces resulta lógico pensar que el incremento de Ion Férrico en la solución de riego, este atacando la fracción de calcopirita que ha ido en aumento en los últimos años, esto explicaría el incremento en la recuperación de minerales transicionales comparándolo con un mineral lixiviado con un mismo índice de lixiviabilidad pero con otra calidad de lixiviante (mayor parte rafinato de extracción por solventes).

4.3 De los resultados obtenidos por el

muestreo podemos inferir que a pesar de

tener minerales de menor calidad a ser

lixiviados, la recuperación ha aumentado

en no menos de 1%, lo que permite

mantener la producción según lo

presupuestado.

4.4 Otro efecto positivo que si bien es

causado secundariamente por este cambio

en la filosofía de riego, es que, al aumentar

el flujo de ILS al riego al Pad 4 y disminuir

la cantidad de rafinato, disminuyó el

taponamiento de goteros en el Heap Leach

Pad, esto se puede explicar, porque las

soluciones de percolación del proceso

ROM, son mucho más limpias que las

soluciones provenientes de extracción por

solventes, lográndose una disminución

considerable de los sólidos en suspensión

de la solución de riego.

REFERENCIAS Muestreo de Sólidos (Becker drill), base de

datos del Metalurgia Lixiviación (1996-2011).

Base datos historiador Intranet Lixiviación Cerro Verde.

Base de datos servidor PI System (Procesos Hidrometalúrgicos).