CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1.1 Introducción 1.1.1 Extracción de oro Desde el siglo XIX cuando la hidrometalurgia tuvo un cambio importante con la patente del proceso de cianuración por McArthur-Forrest, en la extracción de metales preciosos a partir de minerales de baja ley se ha vuelto una operación básica y utilizada a nivel comercial e industrial con excelentes resultados económicos y de gran impacto para la Metalurgia Extractiva [1, 2]. El proceso de la lixiviación es la disolución del valor metálico que para este caso es el oro, ha sido muy estudiado y se conoce mucho de la química para llevarse a cabo de una manera segura y eficiente en la extracción del oro [3]. El oro forma un complejo de Au(I)-cianuro en solución alcalina, ésta reacción anódica tiene la siguiente ecuación: (1) La disolución del oro es acompañada por la reacción catódica de reducción del oxígeno, cuya ecuación se expresa de la forma que sigue: (2) La reacción principal de disolución, combinando las reacciones catódica y anódica (1) y (2) respectivamente, en una sola ecuación general, se obtiene la ecuación de Elsner, que se representa así: (3)
Como puede apreciarse en la reacción (3) se combina el oxígeno como un agente oxidante, éste oxidante en general es necesario para llevarse a cabo la disolución del valor metálico, y así como en las operaciones de lixiviación en terreros, por ejemplo, se obtiene del aire que circula a través de la mena, por ejemplo en las operaciones de tanques agitados de lixiviación se introduce el aire por burbujeo de éste. Se necesita también condiciones de ph alcalino, para evitar pérdidas de cianuro por conversión a ácido cianhídrico bajo condiciones de ph menores a 9.5. Aún cuando el proceso de lixiviación con cianuro muestra ciertas ventajas económicas, el reactivo cianuro de sodio es esencial para la formación del complejo aurocianuro y se puede obtener el oro en solución, los estudios ambientales han determinado que tiene un nivel considerable de toxicidad si su manejo es erróneo, llevando a la producción del gas ácido cianhídrico por un mal control del ph, con una alta toxicidad [4]. 1.1.2 Minerales Refractarios Los minerales refractarios son asociaciones mineralógicas en las rocas con contenido de valores que son difíciles de tratar, como su nombre lo indica, por los métodos convencionales de extracción, mostrando poca economía en su procesamiento por altos gastos de reactivos lixiviantes y menor extracción de valores que los que presentan los minerales oxidados [5]. Estas menas refractarias incluyen minerales que contienen sulfuros metálicos, mencionando algunos ejemplos como minerales sulfuros de hierro (pirita, pirrotita, marcasita), minerales complejos como son los de hierro y arsénico, por ejemplo la arsenopirita, calcopirita, en los cuales se encuentran encapsuladas partículas diminutas de valores metálicos, que no son accesibles por la operación de cianuración, o en el caso de los minerales con cobre que consumen cantidades considerables de reactivo lo cual resulta en pérdidas económicas para la operación. Otros tipos de menas refractarias incluyen los minerales con materia carbonosa, las cuales afectan de manera importante
las extracciones de oro debido a que coprecipitan los iones de aurocianuro durante la lixiviación. Las menas refractarias requieren de un tratamiento previo al proceso convencional de extracción a fin de convertirlas en especies más afines a la lixiviación convencional y procesos posteriores de recuperación. Entre estos pre tratamientos, está la oxidación pirometalúrgica, la oxidación bacteriológica por medio de microorganismos que oxidan los componentes de azufre y hierro, y la oxidación por reacción química que involucra reactores y recipientes que soporten altas presiones, utilizando oxidantes como el oxígeno y el ozono en algunos casos [6]. En resumen, se ha encontrado que la oxidación por tostación libera gases de dióxido de azufre que son perjudiciales para el medio ambiente y los seres vivos. La oxidación biológica, aunque prometedora por la interacción de microorganismos que hacen el trabajo de convertir la mena en material lixiviable, debe tomarse en consideración los cuidados especiales que se deben tener con las colonias bacterianas en el mineral, quizá siendo necesario mantener una concentración específica de nutrientes, y de cierta temperatura ambiente. La oxidación química ha sido considerada como un proceso costoso en cuanto a los materiales de construcción de los reactores a presión, el costo de poder incrementar una presión utilizando gases como son oxígeno u ozono que en sí generan costos si se requiere mantener una pureza y una atmósfera oxidante adecuada para el proceso. 1.1.3 Operaciones Mineras y Menas Refractarias en Sonora En la Figura 1 se muestra el estado de Sonora, México, donde se encuentran varios yacimientos considerados ricos en valores metálicos preciosos como oro, plata y cobre, existen varios proyectos mineros en el territorio estatal y muchos de ellos conforme han sido trabajados, han encontrado menas refractarias que por sus características únicas no
Figura 1. Esquema del Estado de Sonora, México, indicando la localización de los principales proyectos mineros de metales preciosos, incluyendo la mina de Mulatos, Sonora.
son tratables técnicamente y económicamente por los procesos de extracciones convencionales. Actualmente han surgido proyectos de investigación que se han dado a la tarea de brindar respuestas económicas y eficientes a estos problemas de la industria, tal como se ejemplifica en esta tesis. La mina Mulatos, localizada como se ilustra en la Figura 1, en el municipio de Sahuaripa, Sonora, es manejada por la empresa Minas de Oro Nacional, subsidiaria de Alamos Gold, una empresa canadiense. Esta es una operación minera de oro que para la obtención del metal se utilizan dos etapas de trituración, lixiviación con cianuro, en terreros, con adsorción y desorción en carbón activado y depositación electrolítica. Suprincipal materia prima son los minerales oxidados que contienen una alta ley de oro, y han encontrado tres tipos diferentes de minerales sulfurosos altamente silicificados con un contenido de oro, los cuales no se procesan debido a que su tratamiento por cianuración resulta poco económico, por las bajas extracciones y altos consumos de cianuro.. Siendo esta mina relativamente nueva, la tecnología de los tratamientos oxidativos aún no se aplica en este caso, y dado el volumen de estos minerales refractarios y las características económicas que pueden tener en su extracción, se ha formalizado una colaboración con la empresa Minas de Oro Nacional para la realización del este trabajo de investigación. En este estudio se muestran los resultados de las pruebas experimentales de oxidación a presión y lixiviación para una mena refractaria que contiene oro y plata contenidas en matrices piritosas con cuarzo, como las principales especies minerales, en base a las pruebas realizadas nos mostraron los porcentajes de extracción, seguida por los resultados de otro conjunto de pruebas, donde se variaron temperaturas y tiempos para la disolución de valores metálicos, para un breve estudio y ajuste de los resultados a un modelo cinético, que pueda predecir con exactitud los resultados experimentales.
1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo General Evaluar el efecto simultáneo de los procesos de oxidación a presión y lixiviación en la disolución de valores de un mineral de la región con una matriz de sulfuros de hierro. 1.2.2 Objetivos Específicos Caracterización los materiales seleccionados para el estudio en base a su contenido de metales preciosos y contenidos de azufre y hierro. Evaluar el efecto de las variables presión, temperatura y concentración de cianuro en los procesos de oxidación presurizada y lixiviación. Llevar a cabo un análisis de la información generada y ajustar a un modelo cinético en base a los datos obtenidos.