Historia del Proceso Actual de Lixiviación en Pilas y la Producción de Cátodos en Chile

Esteban Domic, académico de la carrera de Ingeniería de Minas en la Universidad de Chile

Origen del Proceso

El proceso de lixiviación de minerales de cobre se ha realizado desde muy antiguo, utilizando diversos procedimientos para su implementación práctica. En el siglo XX, se han usado técnicas de lixiviación por agitación para altas leyes de cobre, aprovechando las técnicas industriales de molienda desarrolladas para el proceso de flotación. Lo mismo ocurre con la lixiviación de concentrados.

De forma análoga, durante la primera mitad de ese mismo siglo, y para leyes más bajas que no permitían su molienda, se optó por el uso de grandes bateas de concreto revestido con bitumen, dotadas de un fondo filtrante, donde se cargaba el mineral chancado y se inundaba con las soluciones ácidas. Es el proceso que usaron grandes operaciones como Chuquicamata y Mantos Blancos, en el cobre, y María Elena y Pedro de Valdivia, entre las grandes salitreras.

Con el desarrollo industrial masivo de los plásticos, en láminas y en tuberías, se pudo eliminar las paredes contenedoras de dichas bateas y surgieron los primeros intentos de hacer lixiviación en pilas.

De esta manera, el gran desafío que se presenta para la lixiviación en pilas, desde sus inicios, es mantener una buena permeabilidad en el lecho del mineral cargado en las pilas. Esto en un comienzo limitaba el tamaño de la alimentación a una granulometría bastante gruesa, lo que, a su vez, derivaba en bajos rendimientos de recuperaciones y gran porcentaje de canalizaciones para las soluciones percolantes. Con esto el proceso se mantuvo con una aplicación limitada a minerales marginales de muy bajas leyes, principalmente en los EEUU, durante los años 50, 60 y 70, y a tan sólo unas pocas operaciones de leyes más moderadas, siendo la más relevante la de Cerro Verde, en Perú, que partió en 1974, con limitados rendimientos.

Lo que hace particularmente atractivo aplicar el proceso de lixiviación en pilas en la minería del cobre, es la posibilidad de ligar el proceso a las etapas posteriores de purificación de soluciones, mediante extracción por solventes, seguida de la recuperación electrolítica del cobre disuelto, proceso conocido como electro-depositación o electrowinning. Esta combinación de procesos hidrometalúrgicos, permite la obtención de cobre electrolítico, en forma de cátodos, a temperatura ambiente y por medios solamente líquidos, evitando los inconvenientes energéticos y ambientales que provoca el proceso alternativo de concentración y fundición de los concentrados.

En 1975, se concedió a Holmes and Narver, de EEUU, la patente del sistema denominado de "lixiviación TL" (thin layer = capas delgadas), que proponía realizar un chancado fino (típicamente menor a ½") y, antes de formar las pilas, acondicionar el mineral empapándolo con ácido concentrado y agua, de manera de formar las pilas con el ácido ya incorporado. Obviamente, el sistema solamente sería aplicable para minerales de cobre oxidado, con cobre superficial a la vista para reaccionar directamente con el ácido. Pero, la gran limitante estaba en que las pilas de mineral obligadamente no podían exceder de un metro de altura (de ahí las "capas delgadas") para evitar la impermeabilización del lecho producto de los finos que proceden del chancado. Este método no alcanzó a ser implementado industrialmente, al no poder cuadrarse los balances de ácido del sistema (literalmente "se llenaba de ácido") y estaba destinado a ser archivado como tantos otros procesos que encuentran dificultades insalvables para su implementación.

Sin embargo, un complemento exitoso se produjo en la Sociedad Minera Pudahuel, Chile, cuando, entre 1976-78, se desarrollaron y perfeccionaron las técnicas de aglomeración durante el agregado de ácido previo y se logró la formación de un "aglomerado" (aglomerado = glómero), de características físicas suficientemente firmes como para mantenerse estables durante el carguío de las pilas y en su posterior regado por aspersión. Esto se logró regulando de una manera exacta y limitada las dosis de agua y de ácido, a la vez que se hacía rotar el mineral sobre sí mismo. De esta manera, los líquidos se distribuyen uniformemente por toda la superficie de las partículas sólidas, las que se unen entre sí formando firmes "puentes líquidos", establecidos mediante la acción de fuerzas de capilaridad de Van der Waals, mecanismo físico ampliamente conocido, pero inédito en estas aplicaciones.Sin embargo, un complemento exitoso se produjo en la Sociedad Minera Pudahuel, Chile, cuando, entre 1976-78, se desarrollaron y perfeccionaron las técnicas de aglomeración durante el agregado de ácido previo y se logró la formación de un "aglomerado" (aglomerado = glómero), de características físicas suficientemente firmes como para mantenerse estables durante el carguío de las pilas y en su posterior regado por aspersión. Esto se logró regulando de una manera exacta y limitada las dosis de agua y de ácido, a la vez que se hacía rotar el mineral sobre sí mismo. De esta manera, los líquidos se distribuyen uniformemente por toda la superficie de las partículas sólidas, las que se unen entre sí formando firmes "puentes líquidos", establecidos mediante la acción de fuerzas de capilaridad de Van der Waals, mecanismo físico ampliamente conocido, pero inédito en estas aplicaciones.

Una vez patentado este cambio fundamental, en 1981, la Soc. Minera Pudahuel y Holmes and Narver establecieron un convenio de comercialización conjunta del proceso, que mantuvo su nombre original de TL, aunque desde ese instante no existía límite para la altura de la pila y sólo lo importante era que la capa de líquido inter-partículas fuese siempre lo más delgada posible, de allí la necesidad de controlar la adición de líquidos en la aglomeración y de no inundar el lecho de mineral en ningún momento.

Pero esta no sería la única ventaja que trajo consigo esta patente, ya que ahora no era necesario que el cobre estuviese en la superficie de las partículas sino que también sería aplicable a minerales altamente diseminados y, particularmente, también a los minerales de cobre sulfurado, ya que la porosidad de la nueva estructura del lecho lo hacía ideal para incentivar el desarrollo bacteriano aunque fuera de largo plazo, ya que lo único que interesa en ese caso es la mantención de una buena permeabilidad líquida y gaseosa durante todo el transcurso de la lixiviación.

La primera implementación industrial de este nuevo proceso se produce exitosamente en Lo Aguirre, operación de la Soc. Minera Pudahuel, inaugurada en diciembre de 1980. Sin embargo, debido a los bajos precios del cobre y a la situación política del país imperante en la década de los 80, el proceso no fue nuevamente implementado industrialmente sino hasta el inicio de los años 90. No obstante, Pudahuel aprovechó a estudiar su aplicación a numerosos proyectos, tanto de minerales oxidados como sulfurados de cobre, que pudieron así, con posterioridad, implementarse industrialmente con gran rapidez, una vez que las condiciones de mercado hicieron más favorable su puesta en marcha.

Pero esta no sería la única ventaja que trajo consigo esta patente, ya que ahora no era necesario que el cobre estuviese en la superficie de las partículas sino que también sería aplicable a minerales altamente diseminados y, particularmente, también a los minerales de cobre sulfurado, ya que la porosidad de la nueva estructura del lecho lo hacía ideal para incentivar el desarrollo bacteriano aunque fuera de largo plazo, ya que lo único que interesa en ese caso es la mantención de una buena permeabilidad líquida y gaseosa durante todo el transcurso de la lixiviación.

El gran impulso que condujo a la popularidad actual del proceso, se produjo con la subida del precio del cobre y la llegada de la estabilidad política, desde 1990 en adelante, que coincidieron con la licitación pública de diversos proyectos de cobre en manos del Estado y otros en manos de particulares. Ahí, se aprovecharon los estudios efectuados por Pudahuel en la década precedente.

Implementación Generalizada

Durante la década de los 90, el proceso fue difundido en forma generalizada, al punto de haber aumentado cerca de 150 veces la producción anual de cobre electrolítico de Chile —desde las iniciales 15 mil toneladas/año de Lo Aguirre en 1981, a 2,2 millones de toneladas/año en 2010— de óptima calidad, directamente aceptada con premio por los mercados consumidores.

Lo singular y notable es que todo el aumento de producción anual de cobre de Chile, en ese mismo período, fue de 4,3 millones de toneladas —desde 1,1 millón en 1981, a poco más de 5,4 millones en 2010— es decir, 50 % del incremento del total de la producción de cobre de Chile de estos últimos 20 años se deben a este proceso, evitando que se produjeran en forma de concentrados, los que, a su vez, habrían requerido nuevas fundiciones —más contaminantes— o un menor valor de venta al ser un producto intermedio de gran dependencia internacional.

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