proceso biocop
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Proceso BioCop™ de Biolixiviación para Concentrados de Cobre
Juan Pablo Bastías, Ernesto Marín
Asignatura Procesos Metalúrgicos II, Profesor Juan Patricio Ibáñez.
Resumen
BioCop™ es un proceso de biolixiviación desarrollado por BHP Billiton que consiste en la oxidación
biológica de concentrados sulfurados de cobre en tanques agitados de 30°C a 45°C utilizando
bacterias mesófilas, o a 65°-85°C utilizando microorganismos termófilos
El desarrollo de la investigación permitió conocer más sobre las bacterias mesófilas y termófilas,
obtener las mejores condiciones de operación (control de temperatura, ph, oxígeno disuelto,
nutrientes, etc.) y así incluso biolixiviar calcopirita con una disolución cercana al 90%.
Además se obtuvieron resultados paralelos como la neutralización y eliminación del arsénico en
un 99%, la cual es llevada a una fase inerte y estable.
Reseña Histórica
La investigación de este proceso nace del
proceso BIOX® que utiliza bacterias para la
lixiviación de oro.
Las primeras pruebas de concentrado de
cobre en laboratorio se realizaron en
Johannesburg Technology Center en 1995.
La idea era agregar determinadas
porcentajes de sólido en un pequeño reactor
agitado en la cual se controlaban variables
como el ph y el oxígeno disuelto.
Los resultados arrojados permitieron
entender en detalle las condiciones óptimas
de operación y diseño de planta.
A fines de la década del 90, Codelco y BHP
Billiton se unieron en una alianza estratégica
–join venture- y formaron una sociedad
constituida en partes iguales llamada
Alliance Copper Limited (ACL), en la cual
Codelco aportó con su experiencia en
extracción con solvente y electro-obtención,
mientras que BHP Billiton contribuyó con su
conocimiento en la tecnología de
biolixiviación BioCop™, de concentrados de
cobre en tanques agitados. Esta alianza
permitió tener en operación una planta
piloto en la división Chuquicamata durante 4
años, tiempo en el cual los estudios
realizados permitieron validar la tecnología.
El principal logro fue encontrar una solución
a la explotación de yacimientos con un alto
contenido de arsénico, pues esta tecnología
deja el arsénico en una especie estable como
para ser dispuesto como relave.
Con la tecnología probada, el paso siguiente
fue la creación de una planta prototipo de
biolixiviación con una capacidad de
producción de 20.000 toneladas de cátodos
por año, la que obtuvo la resolución de
calificación ambiental favorable por parte de
la Corema- II Región, el 2005.
El próximo objetivo era la creación de una
planta a escala industrial, con capacidad de
100 a 150 mil toneladas de cátodos de cobre
por año, para el procesamiento de
concentrados de la mina ministro Alejandro
Hales (ex Mansa Mina).
El año 2006 se disolvió la alianza ACL y
Codelco compró las acciones a BHP Billiton,
por lo que la empresa pasó a llamarse
EcoMetales Limited. Como la tecnología
BioCOP está patentada por BHP, en la venta
se retiró la licencia BioCOP, los equipos y
tecnologías asociados a este proceso,
quedándose Codelco con los demás activos
de la planta, los que podía emplear para
desarrollar otros procesos distintos a BioCOP,
tecnología que según el acuerdo de fin de la
alianza, no podría ser utilizada por Codelco
hasta el año 2016.
Selección de bacterias y reacciones
existentes
La oxidación bacteriana depende del tipo de
mineral. Una combinación de mesófilas
como Thiobacillus Ferroxidans, Thiobacillus
Thio-oxidans y Leptospirrilum Ferro-oxidans
pueden ser usados para la oxidación de
calcocita, bornita, covelina, digenita y
ernargita. Las termófilas moderadas como
Thiobacillus Caldus y las termófilas extremas
como Sulpholobus son usadas para la
lixiviación de calcopirita.
En lo que respecta al desarrollo y selección
de bacterias, dado un medio de operación
económicamente viable, las bacterias
utilizadas fueron aquellas que pudieron
adaptarse en el tiempo vía selección natural.
Reacción general (mediante mecanismo
indirecto)
MS + 2 Fe+3
→M+2
+ Fe+2
+ S°
2Fe+2
+ ½ O2 + 2H+2
―bacteria→ 2Fe+3
+ H2O
2S° + 3O2 + 2H2O ―bacteria→ 2H2SO4
En la oxidación existen especies minerales de
cobre que son consumidoras de ácido como
la calsosina y calcopirita y, por otra parte
están las productoras de ácido como lo pirita
y la arsenopirita. Se trata entonces de
establecer un balance entre las especies con
el objeto de no desequilibrar el balance neto
de ácido del sistema y añadir los reactivos de
control de ph necesarios.
Las reacciones consumidoras de ácido son las
que oxidan el mineral, como por ejemplo las
reacciones de calcosina y calcopirita
mostradas a continuación:
Cu2S +2 ½ O2 + H2SO4→ 2 CuSO4 + H2O
4CuFeS2 + 17 O2 + 2 H2SO4 → 4 CuSO4 + 2
Fe(SO4)3 +2 H2O
Por otro lado están las reacciones de
oxidación productoras de ácido como pirita y
arsenopirita:
4 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O → 2 Fe2(SO4)3 + 2
H2SO4
2 FeAsS + 7 O2 + 2H2O → 2 FeAsO4 + 2 H2SO4
Esta última es una de las fundamentales
ventajas de este proceso, ya que, logra llevar
el arsénico a una fase estable e inerte.
Cabe señalar que el ph, es una variable
importante a controlar y que debe estar en
un valor cercano a 1,5 para una óptima
operación, ya que, variaciones de ph pueden
provocar un mayor consumo de ácido lo que
provocará que el proceso sea más costoso.
Es por esto que se agrega de manera
controlada caliza
Resultados de pruebas de laboratorio
Las pruebas iniciales mostraron resultados
exitosos con el cultivo de bacterias mesófilas
(≈40°C) para la oxidación de sulfuros
secundarios pero no tan efectivos para
sulfuros primarios de cobre, especialmente
la calcopirita, en donde la recuperación de
cobre es de un 30% hasta un 60%
independiente del tiempo adicional de
lixiviación.
Por otro lado las pruebas señalaron que
apenas un 2% del total del cultivo de
bacterias termófilas, logró sobrevivir con
apenas una baja razón de agitación (dado
que estos microorganismos carecen de pared
celular y solo cuentan con membrana
celular), lo cual fueron mejorando hasta que
la tasa de crecimiento fue mayor que la de
mortalidad, lo cual permitió su posterior
aplicación.
Diferencias entre bacterias termófilas y
mesófilas para el diseño de un reactor:
Temperatura de operación: los organismos
mesófilos aguantan un máximo de 45°C
mientras que los termófilos operan
alrededor de 78°C, lo que implica un mayor
costo en calefacción de los reactores.
Límites de transferencia de oxígeno: Al
operar en condiciones de mayor
temperatura la saturación del medio
también aumenta por lo que si se aplica aire,
la cantidad de oxígeno se reduce en un tercio
aproximadamente, entonces es necesario
utilizar oxígeno enriquecido para obtener
razones de oxidación favorables.
Materiales de construcción: Al operar a
mayores temperaturas implica que una
selección diferente con respecto a las
tolerancias a la corrosión.
Comparación entre cepas termófilas y
mesófilas en la disolución de cobre
Las operaciones a alta temperatura
presentan una mayor eficiencia en la
disolución de concentrado de calcopirita. La
figura 1 indica que en un período de 30 días
la disolución de cobre puede alcanzar llegar
hasta un 90% a diferencia del cultivo
mesófilo que apenas llega al 40%.
La figura 2 indica el perfil de solubilización de
cobre en una prueba batch de cepas
termófilas, en el cual se prueban las variables
de la cantidad de bacterias y de sustrato. Los
resultados muestran un perfil de lixiviación
en forma de “S”, típico de procesos
autocatalíticos. Esto sugiere que una mejor
aproximación para reducir los tiempos de
lixiviación para un proceso continuo es un
reactor con una configuración constituída de
un gran reactor de agitación (CSTR) seguido
por un reactor “plug-flow-type”
Comparación de disolución y cinética de
calcopirita:
Entre 1997 y 1999 se diseñó una pequeña
planta piloto continua para realizar pruebas
batch y continuas.
Los resultados generales entregaron
información sobre los tiempos y la cantidad
de disolución de mineral. La figura 3 muestra
la comparación entre el los reactores batch y
continuo operando con los mismos
concentrados. Los resultados muestran que
claramente los tiempos de lixiviación en el
reactor continuo son mucho más cortos para
un mismo un nivel similar de disolución
(cercano al 90%).
Estabilización de Arsénico
Durante el proyecto de biolixiviación de
concentrado Mansa Mina desarrollado por
Alliance Copper Limited (ACL), se obtuvieron
resultados sobre el proceso JTC para la
estabilización de arsénico mediante la
neutralización controlada a presión
atmosférica para la precipitación e
inertización del arsénico biolixiviado.
Se logró una estabilización de arsénico a un
arseniato férrico amorfo (escorodita)
FeAsO*2H2O en una matriz de yeso e
hidróxidos férricos, con una razón molar
Fe/As de 2.0, mediante el proceso JTC que
logra precipitar con una eficiencia del 98% y
una co-precipitación de cobre menor a 1%,
los cuales cumplían con los test de
estabilidad y eran considerados residuo
minero masivo según la RCA N° 215/2005 de
Corema II Región.
Referencias
http://www.areaminera.com/Servicios/edue
xplora/5.act
http://www.tecsup.edu.pe/webuds/web/pri
ncipal?accion=detallepl&codigoP=3014&codi
goH=9207
http://www.sciencedirect.com
• Development and comercial
demostration of the BioCop™
thermophile process, J.D. Batty, G. V.
Rorke.
• Copper leaching from primary
sulfides: Options for biological and
chemical extraction of copper, David
Dreisinger.
• The bioleaching of sulphide minerals
with emphasis on copper sulphides –
A review, H.R. Watling.
Estabilización de Arsénico desde PLS
Generado en proceso Biocop mediante
proceso JTC, Hydrocopper 2005.
http://www.portalminero.com/noti/noticias
_ver.php?codigo=590
http://www.cochilco.cl
Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y
Aplicaciones. Esteban Domic, capítulo 11.
Patent “Copper Recovery”, Inventor: Trevor
H. Tunley, Johannesburg, South Africa.
Assignee: Billiton S.A. LIMITED, Number
Patent: 5,919,674, Date of Patent: Jul. 6,
1999.
La Bio-Hidrometalurgia en Codelco, Juan
Enrqiue Morales y Pedro Morales, II
Seminario para Periodistas, Santiago 25 de
Agosto 2004.