ES2297686T3 - Proceso de bio-lixiviacion en monton. - Google Patents
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Abstract
Un método de operar un proceso de lixiviación en montón de mineral por medio microbiano que incluye la etapa de cambiar al menos un parámetro de operación para elevar la temperatura en el montón cuando el suministro de carbono llega a limitar la actividad microbiana en el intervalo de temperatura de 45°C a 60°C, y de ese modo aumentar la oxidación del azufre y la generación de calor, en el montón.
Description
Proceso de bio-lixiviación en
montón.
Esta invención se refiere en general a un
proceso de bio-lixiviación en montón para la
recuperación de uno o más metales de un mineral.
La invención se describe a continuación con
particular referencia a la recuperación de cobre de un mineral
marginal de baja calidad (por ejemplo menos del 0,7% de cobre) que
contiene minerales de sulfuro refractarios primarios tal como
calcopirita. Sin embargo, lo que a continuación se expone es
solamente a modo de ejemplo y los principios de la invención se
pueden usar en otras circunstancias apropiadas para la recuperación
de diferentes metales a partir de diferentes minerales.
El proceso de bio-lixiviación en
montón de cobre es un proceso de lixiviación mediado por
microorganismos (bacteriano y arquea) en donde:
- los microorganismos oxidan el hierro ferroso a hierro férrico; el hierro férrico facilita un ataque inicial en el azufre mientras que los microorganismos que oxidan al azufre además oxidan las especies de azufre reducidas a sulfato; la oxidación microbiana de tales especies de azufre resulta con la liberación de calor;
- el calor generado tiene implicaciones importantes para el subsiguiente proceso de lixiviación, particularmente para los minerales de cobre primarios tales como calcopirita que no se lixivia bien a bajas temperaturas (por debajo de 45ºC) y que requieren elevadas temperaturas de hasta 65ºC para conseguir una velocidad de lixiviación satisfactoria; y se genera ácido que es importante para el proceso de lixiviación y para mantener al cobre en la disolución.
Para conseguir temperaturas en montón elevadas
conducentes a la lixiviación en montón de la calcopirita se
requieren poblaciones secuenciales de microorganismos de
bio-lixiviación. Esto es necesario porque los
microorganismos que predominan a temperatura ambiente, en la puesta
en marcha del montón, son no capaces de crecer y de contribuir al
proceso de bio-lixiviación a elevadas temperaturas.
Por ejemplo, las cepas microbianas con un óptimo de temperatura de
35ºC tendrían una actividad relativamente baja a 45ºC y superiores,
mientras que las cepas con un óptimo de temperatura a 65ºC tendrían
una actividad relativamente baja a 45ºC.
Como se conoce en la técnica, el oxígeno y el
dióxido de carbono se suministran en la forma de aire a un montón
de lixiviación. El oxígeno se requiere para las reacciones de
oxidación químicas y microbiológicas mientras que el dióxido de
carbono se requiere como una fuente de carbono para los
microorganismos.
El uso de poblaciones microbianas secuenciales
con el aumento del óptimo de temperatura se requiere para elevar
la temperatura del montón de lixiviación desde la temperatura
ambiente hasta un valor en el cual tiene lugar la lixiviación de la
calcopirita. El aumento de la temperatura da como resultado calor
que se genera por las bacterias y las arqueas que oxidan
azufre.
Se sabe como evaluar la actividad de
bio-lixiviación dentro de un montón controlando la
velocidad de conversión del hierro ferroso a hierro férrico, además
de la recuperación del cobre. Un indicio de la velocidad de
oxidación del hierro ferroso se puede obtener relativamente y
fácilmente a partir de la disolución del licor rico que drena del
montón, bien midiendo la relación del hierro ferroso a hierro
férrico en la disolución o controlando el potencial redox, que es
una función de la relación de ferroso a férrico.
La invención proporciona un método de funcionar
un proceso de lixiviación de montón de mineral mediado por agentes
microbianos que incluye la etapa de cambiar al menos un parámetro de
operación para elevar la temperatura en el montón cuando el
suministro de carbono llega a ser limitante para la actividad
microbiana, y de ese modo elevar la generación de calor por la
oxidación del azufre, en el montón.
El parámetro o los parámetros de operación se
pueden cambiar adicionando el carbono en cualquier forma adecuada
al montón. Por ejemplo, el carbono se puede adicionar como dióxido
de carbono por ejemplo enriqueciendo el contenido en dióxido de
carbono en una corriente de aire suministrada al montón. El carbono
se puede proporcionar alternativamente o de forma adicional bajo
la forma de minerales que contienen carbonato que se adicionan al
montón, o bajo la forma de carbono orgánico de bajo coste, tal como
melaza, un extracto de levadura o similares.
Alternativamente, o de forma adicional, el
parámetro de operación se cambia adicionando calor al montón. Esto
se puede hacer de cualquier modo adecuado, por ejemplo calentando
una disolución de irrigación que se suministra al montón;
calentando aire que se suministra al montón; por calentamiento solar
del montón; aplicando aislamiento térmico al montón para reducir
las pérdidas de calor, o similares.
Para calentar el montón también es posible hacer
uso de cualquiera de las técnicas descritas en la descripción de la
Solicitud de Patente Internacional Nº PCT/ZA2001/00154. El contenido
de esta descripción se incorpora a la presente invención en esta
descripción.
El método puede incluir la etapa de controlar el
montón para detectar una actividad microbiana reducida y, una vez
que tal detección ocurre, iniciar el cambio en el parámetro de
operación.
La limitación del carbono se puede controlar
comparando las concentraciones del dióxido de carbono en el flujos
de salida frente a la concentración en el flujo de entrada. Tal
control se podría llevar a cabo conjuntamente con el control de la
evolución del calor en el montón, ya que esto confirmará las
limitaciones del crecimiento. Si el dióxido de carbono es
limitante, entonces será beneficiosa la adición de carbono para el
crecimiento microbiano y para la generación de calor.
En el intervalo de 45ºC a 60ºC, la medición del
dióxido de carbono no es del todo significativa pues los microbios
no fijan el dióxido de carbono muy eficientemente, y porque una
fracción significativa de los requisitos de carbono proporcionados
a esta temperatura se podrían proporcionar por los compuestos de
carbono liberados por las bacterias que se descomponen y que se
habían acumulado durante los intervalos de crecimiento de baja
temperatura previos. En este intervalo de temperatura, la limitación
al crecimiento microbiano se detectaría de una forma más exacta
controlando la evolución del calor en el montón. Esto se puede hacer
de cualquier modo adecuado y por ejemplo se puede hacer uso de la
columna de simulación de lixiviación de montón descrita en la
descripción de la Solicitud de Patente Internacional Nº
PCT/ZA2004/000025 cuyo contenido se incorpora a la presente
invención en esta
descripción.
descripción.
Una vez que la velocidad de generación de calor
para de disminuir en el intervalo 45ºC a 60ºC sería un indicio
suplementar los microbios termófilos moderados con la adición de
carbono orgánico por ejemplo bajo la forma de un extracto de
levadura, ya que el carbono orgánico se ha mostrado que es más
eficaz en estimular el crecimiento de estos microbios que el
dióxido de carbono.
De ese modo, la operación del montón se puede
simular bajo condiciones de laboratorio para determinar las
circunstancias en las cuales la actividad microbiana reducida llega
a ser evidente y a continuación, esta información se usa en el
método de la invención para determinar el momento en el cual se
cambia el parámetro de opera-
ción.
ción.
Alternativamente, la etapa de cambiar el
parámetro de operación se puede iniciar a una temperatura concreta
o predeterminada, por ejemplo 45ºC, en la que se conoce que una
temperatura más allá desciende la velocidad de la generación de
calor, debida a la actividad microbiana, hasta un nivel
inaceptable.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención se describe adicionalmente por
medio de un ejemplo con relación a los dibujos que se acompañan en
los que:
La Figura 1 representa gráficamente el proceso
de aumentar la generación de calor a partir de la oxidación de
especies de azufre reducidas;
La Figura 2 representa esquemáticamente un
principio bajo el cual se basa la invención; y
La Figura 3 es una representación del diagrama
de bloques de la forma en la que se implementa el método de la
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención se basa en el descubrimiento,
puesto de manifiesto como un resultado de ensayos de laboratorio,
de que la relación CO_{2}:O_{2} en la que estos dos compuestos
se consumen en un montón es aproximadamente 10 veces mayor que la
velocidad a la que estos compuestos están presentes en el aire,
haciendo de ese modo que el dióxido de carbono, y no el oxígeno,
sea el factor más limitante para la velocidad del crecimiento
microbiano (en la ausencia de otras limitaciones) y por lo tanto,
para la generación de calor.
Un factor adicional es que los efectos de la
actividad microbiana en un montón, a saber la oxidación del hierro
ferroso y la oxidación del azufre, no ocurren a una relación fija
del uno con el otro. De ese modo, una velocidad de oxidación
microbiana del hierro ferroso satisfactoria no implica que la
velocidad de oxidación del azufre microbiana de acompañamiento
también sea satisfactoria. Aunque estos procesos están relacionados
y a menudo se desarrollan simultáneamente por los mismos
microorganismos, las velocidades relativas de estas reacciones, y
el grado en que resultan afectadas bajo condiciones óptimas de
actividad microbiana, no se fijan a una relación constante.
\newpage
Hay un número de razones por las que las
velocidades de oxidación del azufre, contrariamente a la práctica
mencionada en el preámbulo de esta invención, no se pueden deducir a
partir de las velocidades de oxidación del hierro ferrosos. Estas
razones incluyen las siguientes:
- (a)
- la energética microbiana relacionada con estos compuestos son diferentes, es decir se deriva más energía de la oxidación de las especies reducidas del azufre que de las especies de hierro ferroso;
- (b)
- están implicadas enzimas diferentes;
- (c)
- algunas cepas microbianas tienen solamente capacidad para la oxidación del hierro ferroso mientras que otras sólo tienen capacidad de oxidación del azufre;
- (d)
- las cepas y las enzimas activas responsables para los procesos de oxidación tienen a menudo diferentes respuestas cinéticas a las condiciones ambientales predominantes; y
- (e)
- el hierro ferroso es mucho más móvil en el contexto de la lixiviación en montón que las especies reducidas de azufre, aumentando de ese modo la probabilidad de la oxidación microbiana del primero.
Además, mientras que la mayor parte del hierro
presente en la disolución que está en contacto con el mineral está
en el estado férrico, más que en el estado ferroso, el impacto de la
actividad microbiana está casi enteramente en el fenómeno de la
oxidación del azufre (y de ese modo en la generación de calor) con
su subsiguiente efecto en la cinética de lixiviación del cobre. La
detección y aclaración de este efecto no se logra fácilmente.
Otro factor es que la velocidad de oxidación del
hierro ferroso parece que es menos sensible a las condiciones
microbianas adversas que la velocidad de la oxidación del azufre,
haciendo de ese modo que el control de la relación hierro
ferroso/hierro férrico (o potencial redox) sea un mal indicador de
la oxidación del azufre.
Durante un proceso de
bio-lixiviación la población microbiana, inoculada
inicialmente en el montón, se multiplica debido al crecimiento
microbiano. A medida que la concentración microbiana aumenta,
también se aumenta la demanda de dióxido de carbono, como fuente de
carbono. Los datos obtenidos controlando las velocidades de consumo
del dióxido de carbono y del oxígeno en una columna de simulación
de lixiviación de montón del tipo descrito en la descripción de la
Solicitud de Patente de Sudáfrica Nº 2003/9936, e inoculada a una
concentración total de células de 3\cdot10^{10} células
ton^{-1}, muestra que las velocidades de consumo del dióxido de
carbono podrían alcanzar valores de 0,15 gramos de CO_{2} h^{-1}
ton^{-1} con velocidades de consumo del oxígeno de 8,1 gramos de
O_{2} h^{-1} ton^{-1} (a un caudal de gas de 0,23 Nm^{3}
h^{-1} ton^{-1}) dentro de un período de 100 días usando un
tamaño de partícula de mineral de un diámetro de 12 mm con un
contenido de pirita de 3% (p/p) y un contenido total de cobre de
0,6% (p/p) del que el 50% del cobre estaba presente como calcocita
o covellita y el 50% restante como calcopirita. La relación de la
masa del dióxido de carbono consumido por los microorganismos a la
masa del oxígeno consumida por los microorganismos es
aproximadamente 0,0185. El dióxido de carbono suministrado al
proceso de lixiviación vía el sistema de suministro de aire se
consumía virtualmente el 100%, mientras que sólo se consumía
aproximadamente el 20% del oxígeno. A partir de esta observación y
del hecho de que la relación de la masa de dióxido de carbono a la
masa de oxígeno en el aire es aproximadamente 0,0022, está claro
que la disponibilidad de dióxido de carbono es probable que llegue
a ser limitante para el crecimiento microbiano antes de que la
disponibilidad de oxígeno llegue a ser
limitante.
limitante.
Las velocidades de crecimiento microbiano
óptimas, y la generación de calor asociada procedente de la
oxidación del azufre, pueden no ser alcanzables cuando se usan
caudales de aire del montón típicos de 0,02 - 0,08 Nm^{3} h^{-1}
ton^{-1}. Los caudales de aire generalmente se restringen en este
intervalo (siendo dependientes, entre otros factores, del contenido
en sulfuro del mineral) debido a la necesidad de conservar y de
mantener el calor en el interior del montón, es decir un caudal de
aire elevado tiende a enfriar el montón y por lo tanto, el caudal
de aire se debe limitar para mantener el calor en el interior del
montón. Sin embargo, esta restricción en el caudal de aire para
conservar calor, también limita la velocidad de suministro del
dióxido de carbono a los microorganismos que oxidan al azufre,
evitando de ese modo su crecimiento óptimo y, por lo tanto,
limitando su capacidad de generación de calor. Además, tal caudal
de aire restringido tendrá como resultado una distribución no
uniforme del crecimiento microbiano en un montón que se está
lixiviando, acumulándose la mayoría del carbono consumido (y de ese
modo el crecimiento microbiano y la generación de calor)
principalmente en la parte inferior del montón mientras que el
resto del montón está virtualmente desprovisto del dióxido de
carbono y de ese modo del crecimiento microbiano. De este modo, el
control del caudal de aire tiene dos resultados que están en
conflicto en términos de generación de calor (vía acción microbiana)
y de mantenimiento del calor.
Las técnicas actuales para calcular los
requisitos de flujo de aire en los montones se basan en el requisito
estequiométrico del oxígeno para la oxidación del azufre disponible
a sulfato y del hierro ferroso a férrico, además de para la
oxidación de otros compuestos reducidos a sus formas equivalentes
oxidadas. Se cree que tal análisis razonado basado en la
estequiometría es erróneo porque asume que el proceso está gobernado
por la disponibilidad de oxígeno y de especies reducidas
(susceptibles de ser oxidadas) y asume que los microbios que tienen
que catalizar las reacciones de oxidación están presentes en un
número de células suficientes y actividad adecuada. La presencia de
un número de células microbianas adecuado no es necesariamente la
causa para que en el caso de la presencia de oxígeno y de especies
químicas susceptibles de ser oxidadas no de necesariamente como
resultado la oxidación de tales especies y un subsiguiente proceso
de bio-lixiviación eficaz. Los microbios requeridos
para catalizar la reacción de bio-lixiviación
biológica se tienen que suministrar en concentración suficiente o
cultivados "in-situ" para conseguir
concentraciones suficientes de células en el montón. Tal cultivo
"in-situ" requiere, entre otros
compuestos, un suministro adecuado de carbono.
Aparte del problema general de que un suministro
inadecuado de dióxido de carbono puede ser limitante para el
crecimiento (y de ese modo ser limitante para la generación de
calor) existe un problema compuesto en el intervalo de temperatura
de 45ºC - 60ºC. Aunque se sabe que las cepas microbianas capaces de
bio-lixiviación ocurren en todos los intervalos de
temperatura relevantes, estudios del laboratorio han indicado una
actividad microbiana reducida, en términos de velocidades de
oxidación del hierro ferroso y de velocidades de oxidación de
azufre, en el intervalo de temperaturas de 45ºC - 60ºC cuando se
comparan con intervalos de temperatura más altos y más bajos. La
actividad microbiana reducida es una función de la cinética de
crecimiento dependiente de la temperatura y ésta empeora por el
hecho de que las bacterias y las arqueas que son capaces de crecer
en este intervalo de temperatura generalmente requieren elevadas
concentraciones de dióxido de carbono, o la adición de carbono
orgánico, para conseguir velocidades óptimas de crecimiento y de
oxidación del azufre. El impacto práctico de estos factores se ha
determinado in-situ a partir de resultados
obtenidos en una columna de simulación de lixiviación en montón del
tipo descrito en la descripción de la Solicitud de Patente
Internacional Nº PCT/ZA2004/000025. En tres ocasiones (usando
diferentes tipos de mineral con pirita de 1,5%, 3% y 6%,
respectivamente) la columna de simulación alcanzó una meseta de
temperatura media a aproximadamente 50ºC a 55ºC que se corresponde
con una región de actividad microbiana baja obtenida en los
resultados del laboratorio y que ocurre debido a una velocidad
reducida de la oxidación microbiana del azufre y de ese modo en la
generación de calor. A menos que se pueda superar esta meseta de
temperatura, no se pueden conseguir fácilmente temperaturas que
excedan de 50ºC, imposibilitando de ese modo el logro de la
recuperación significativa del cobre de los minerales que contienen
el cobre predominante como calcopirita.
La generación de calor en un montón de
bio-lixiviación es dependiente de la oxidación de
las especies reducidas de azufre. La oxidación de tales especies de
azufre genera la mayoría del calor en el contexto de lixiviación en
montón. La mayor parte de tales reacciones de oxidación, de azufre
reducido a sulfato, ocurren a través de reacciones por mediación
microbiana. El oxígeno se usa como un agente receptor de electrones
en este proceso y, como una consecuencia del crecimiento microbiano
que usa azufre como una fuente de energía, no es un conductor del
crecimiento microbiano. Los microbios usan la energía derivada de la
oxidación del azufre para fijar el dióxido de carbono, es decir
para producir metabolitos celulares, y de ese modo crecer y
proliferar. Por lo tanto, la velocidad de oxidación del azufre está
gobernada por la velocidad a la que los microbios requieren energía
(crecimiento). La velocidad de crecimiento microbiana, a su vez, es
críticamente dependiente del factor limitante más numeroso para tal
crecimiento. Tal factor limitante podría ser oxígeno, dióxido de
carbono, energía (azufre en este caso) u otros nutrientes tales
como nitrógeno, etc. Estas relaciones se muestran gráficamente en la
Figura 1.
La Figura 2 de los dibujos adjuntos es un
gráfico de la temperatura versus el tiempo en un montón en el tiene
lugar una lixiviación microbiana. El montón se inocula inicialmente
con una población mixta que entre otras cosas contiene cepas
mesófilas y cepas mesófilas moderadas que pueden funcionar en el
intervalo de temperatura desde una temperatura ambiente a
aproximadamente 45ºC usando el dióxido de carbono que está
disponible del flujo de aire que atraviesa el montón. El flujo de
aire se controla para asegurar que el caudal de aire no sea tan
alto que ejerza un efecto de enfriamiento en el montón.
A aproximadamente 45ºC, como se indica
previamente, la actividad microbiana comienza a reducirse y a menudo
para los microorganismos no es posible aumentar la temperatura
dentro del montón a través de un intervalo de temperatura de
aproximadamente 45ºC a 60ºC. Esto es particularmente problemático
cuando el contenido de pirita (fuente principal de azufre, y de ese
modo de calor) es menos del 3% p/p. Si la temperatura del montón se
puede elevar a aproximadamente 60ºC, a continuación los
microorganismos termófilos de la población microbiana inoculada en
el montón son generalmente capaces de continuar el proceso de
lixiviación a estas elevadas temperaturas usando el dióxido de
carbono del flujo de aire normal que atraviesa el montón.
Es posible conducir la velocidad de crecimiento
microbiano reducida en el intervalo de temperatura mencionado
anteriormente mediante la adición de un manto (es decir,
independientemente de la temperatura en el montón) de dióxido de
carbono o de una fuente de carbono diferente que pueda ser usada por
las bacterias y arqueas de bio-lixiviación. Sin
embargo esto podría incurrir en elevados costes de operación de la
lixiviación en montón, o provocar potenciales efectos de inhibición
(en el caso de carbono orgánico) para las bacterias mesófilas de
bio-lixiviación.
En el intervalo de 45ºC a 60ºC la limitación no
se debe principalmente a la limitación de dióxido de carbono sino
más bien a que una menor velocidad de crecimiento cinético cohíbe
intrínsecamente a los microbios que operan en este intervalo. Sin
embargo, este problema todavía se puede superar por la adición de
carbono, particularmente bajo la forma de carbono orgánico (por
ejemplo extracto de levadura), para así mejorar la actividad de
tales microbios. Así, aunque las razones para las velocidades de
crecimiento lentas a temperaturas por debajo de 45ºC y a
temperaturas en el intervalo del 45ºC al 60ºC son diferentes, ambos
problemas se pueden, al menos hasta cierto punto, superar por la
adición de carbono.
La Figura 3 de los dibujos adjuntos representa
esquemáticamente la forma en la que se implementa el método de la
invención. Un montón 10 que contendría normalmente un mineral
marginal del cobre de baja calidad con un sulfuro primario
refractario, por ejemplo calcopirita, se inocula usando las técnicas
convencionales con una población microbiana mixta 11. Sin ser
limitante, esta población podría incluir especies los siguientes
grupos del género bacteriano y arquea para cada categoría de
temperatura:
- ambiente - 45ºC: Acidithiobacillus, Leptospirillum, Thiobacillus, Acidimicrobium, Sulfobacillus, Ferroplasma (Ferriplasma), Ferrimicrobium, Acidiphilum, Alicyclobacillus;
- 45ºC - 60ºC: Acidithiobacillus, Thiobacillus, Acidimicrobium, Sulfobacillus, Ferroplasma (Ferriplasma), Thermoplasma, Alicyclobacillus, Ferrimicrobium;
- y >60ºC: Sulfolobus, Acidianus, Metallosphaera, Ferroplasma (Ferriplasma), Thermoplasma.
El aire 12 aspirado de la atmósfera se
suministra al montón a una velocidad que se controla por un
mecanismo de control 14. Como se ha descrito anteriormente, el
aire contiene suficiente dióxido de carbono para posibilitar a las
cepas microbianas en el montón que funcionen eficazmente en términos
de velocidades de oxidación del hierro ferroso y de velocidades de
oxidación del azufre, hasta una temperatura de aproximadamente
45ºC.
La velocidad a la que se suministra el aire 12
se manipula para asegurar que los requisitos de carbono de la
población microbiana se satisfacen sin que el aire ejerza un efecto
de enfriamiento significativo en el montón.
A una temperatura predeterminada en el montón,
esquemáticamente representada por un bloque 16, que normalmente
está en el orden de 45ºC, se distingue la etapa de adicionar el
carbono al montón (en la forma de dióxido de carbono) de la etapa
de manipulación del calor y se implementa substancialmente e
independientemente. Es decir, el caudal de aire no se usa para el
control simultáneo de la adición de carbono y para regular la
temperatura en el montón. Por encima de esta temperatura, el caudal
de aire se controla sobre todo para manipular la temperatura en el
montón, es decir, para evitar que la corriente de aire (aunque
proporcione el oxígeno adecuado a los microorganismos) enfríe el
montón, y se suministra una fuente de carbono adecuada 18,
preferiblemente bajo el control de un sistema de control adecuado
20, al montón para suplementar al carbono en el flujo de aire hasta
un nivel que sea adecuado para posibilitar que se pueda pasar el
intervalo de la baja actividad microbiana.
De ese modo, la invención proporciona para la
adición dirigida de carbono al montón en el momento específico en
el proceso de lixiviación en montón cuando se requiera, es decir
cuando el suministro de carbono llegue a ser limitante para el
crecimiento microbiano y de ese modo para la oxidación del azufre y
para la generación de calor.
En el método de la invención es necesario
conocer el punto en el cual el proceso de la generación de calor se
estanca, es decir en cuál comienza la meseta de la temperatura o el
intervalo de la actividad microbiana, referido con respecto a la
Figura 2. La columna de simulación de lixiviación en montón descrita
en la descripción de la Solicitud de Patente Internacional Nº
PCT/ZA2004/000025 proporciona un mecanismo para la detección exacta
de la capacidad de la generación de calor en un ambiente de
lixiviación en montón como una función de las condiciones de la
inoculación, la cinética de crecimiento microbiano, la dinámica de
la población microbiana y otros factores de operación en el montón
relevantes que incluyen el tipo de mineral, la distribución de
partícula, la mineralogía y química ácida de la ganga, la
composición del mineral del cobre, el contenido de pirita, el
caudal de aire, el caudal de irrigación, la química PLS, etc. Los
datos derivados de la columna de simulación de lixiviación en
montón facilitan la detección exacta del punto en el cual la
generación de calor catalizada de forma microbiana llega a ser
limitada y así permite la adición dirigida del carbono para superar
tales factores limitantes durante la operación de la lixiviación en
montón.
Además de los datos de la generación de calor
proporcionados por la columna de la simulación, también se pueden
obtener los datos de consumo del dióxido de carbono si la columna se
dota con un equipamiento de control de dióxido de carbono. Los
datos experimentales a partir de tales estudios de simulación han
mostrado que las disminuciones en las velocidades de consumo del
dióxido de carbono coinciden con (o ligeramente preceden a)
velocidades que declinan de la generación de calor, de tal modo que
proporcionan una prueba adicional de que las velocidad de
crecimiento microbiano (indicadas por las velocidades de asimilación
del carbono) están relacionadas con las velocidades de la oxidación
del azufre (generación de calor). Sin embargo, se debería notar que
el control del dióxido de carbono como indicador del crecimiento
microbiano es solamente válido en la ausencia de minerales de
carbonato en el material mineral y en ausencia de compuestos
orgánicos que se utilizan como fuente de carbono por los
microorganismos de bio-lixiviación.
El carbono adicional se puede añadir bajo la
forma de dióxido de carbono, lo más probable suplementado en el
sistema de insuflado de aire, o como carbono orgánico tal como un
extracto de levadura, lo más probable adicionado en el sistema de
irrigación del montón en el momento en el que las velocidades de
generación de calor llegan a ser limitantes (lo más probable, y
típicamente, debido a la cinética de crecimiento reducida y a la
capacidad de fijación de carbono reducida de los microorganismos
termófilos moderados en el intervalo 45ºC - 60ºC).
La concentración de dióxido de carbono se podía
adicionar en el intervalo de 0,03% - 5% dependiendo de las
velocidades de suministro de aire usadas y de las velocidades de
consumo del dióxido de carbono por tonelada de mineral. Una fuente
de carbono orgánico, tal como extracto de levadura, se podría
adicionar en una concentración en el intervalo de 10 - 1000 mg
l^{-1} dependiendo de las condiciones del montón.
\newpage
La adición de la adición de carbono podría ser
continuada durante tanto tiempo como fuera necesario pero
generalmente sería discontinua cuando se alcanzase una temperatura
de 60ºC. A esta temperatura, las arqueas termófilas de
bio-lixiviación generalmente tienen una elevada
capacidad para fijar el dióxido de carbono y es poco probable que
requieran carbono además del contenido en el aire, aunque el
beneficio de la adición del dióxido de carbono no se excluye
enteramente a temperaturas que excedan de 60ºC.
Como una alternativa a usar la columna de la
simulación para determinar la temperatura en la que existe la
meseta de temperatura, la adición de carbono podría comenzar en los
intervalos superiores de las temperaturas mesófilas (es decir a
aproximadamente 40ºC). La adición de carbono en este intervalo de
temperaturas en donde la mayoría de las bacterias tienen una
elevada habilidad para fijar el carbono sería para compensar el
potencial agotamiento del dióxido de carbono suministrado por el
flujo de aire al montón. Tal adición de carbono entonces
continuaría hasta el intervalo de temperatura termófila. Una ventaja
adicional de la adición del carbono a 40ºC es que se aumentaría la
concentración de células de microorganismos mesófilos. Aunque los
microorganismos mesófilos son típicamente y relativamente inactivos
a temperaturas por encima de 45ºC, estos retienen un bajo nivel de
actividad más allá de esta temperatura. Aumentando el número de
microorganismos mesófilos, se mejora la actividad microbiana total,
y de ese modo la capacidad de generación de calor (vía oxidación del
azufre) a temperaturas termófilas moderadas bajas
(45ºC - 55ºC). Los mesófilos proporcionan de ese modo una actividad suplementaria a los verdaderos microorganismos termófilos moderados en este intervalo de temperatura.
(45ºC - 55ºC). Los mesófilos proporcionan de ese modo una actividad suplementaria a los verdaderos microorganismos termófilos moderados en este intervalo de temperatura.
Además de la optimización del crecimiento
microbiano y de ese modo de la generación de calor vía la
suplementación con carbono, también se podrían implementar otros
factores que afectan al crecimiento microbiano. Éstos incluyen:
- (a)
- adiciones de nutrientes según lo conocido en la técnica (típicamente 10 - 50 mg\cdotl^{-1}) respectivamente de fosfato y de amonio;
- (b)
- la eliminación del daño por ácido a un inóculo microbiano al usar ácido durante la inoculación en la aglomeración. Tal daño podría ocurrir en los casos donde el ácido se usa durante la aglomeración en el momento de la inoculación. Si la concentración del ácido usado es demasiado alta en relación al contenido de humedad del material, las células experimentan los efectos del daño ácido que pueden dañar selectivamente a las células que podrían crecer en un intervalo de temperatura concreto y esto afectar a una progresión suave de sucesión microbiana y de generación de calor;
- (c)
- la eliminación del daño a pH elevado durante las fases iniciales de la puesta en marcha del montón. El pH de la disolución de las operaciones de lixiviación en montón son típicamente y relativamente altos (en el intervalo 2,5 - 4,5) debido a efectos del consumo del ácido de la ganga. Algunas arqueas son particularmente propensas al daño cuando están expuestas a valores de pH por encima de 2 durante prolongados periodos de tiempo. Esto puede provocar un daño selectivo a las células que crecerían en un intervalo de temperatura concreto y de ese modo, también afectaría a la progresión suave de la sucesión microbiana y de la generación de calor; y
- (d)
- la eliminación de compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos inhibidores en la disolución (típicamente refinado) irrigada sobre el montón. Compuestos inorgánicos específicos tales como cloruro, concentraciones totales de sales inorgánicas elevadas (típicamente >120 g l^{-1}), o compuestos orgánicos (a muy bajas concentraciones) procedentes de compuestos químicos de extracción con disolventes, pueden provocar efectos de inhibición en los microorganismos de bio-lixiviación y afectar de ese modo de forma adversa su habilidad de generación de calor.
Las ventajas del método de la invención incluyen
las siguientes:
- (a)
- la adición dirigida de carbono es más rentable que la adición no específica de carbono y evita los problemas secundarios asociados con la adición no dirigida de carbono;
- (b)
- la adición dirigida de carbono aumenta las velocidades del crecimiento microbiano, dando por resultado velocidades de oxidación del azufre aumentadas y de ese modo generación de calor aumentada, particularmente en el intervalo de temperatura 45ºC - 60ºC;
- (c)
- la generación de temperatura en un montón es probable que continúe a través y más allá de la típicamente encontrada meseta de temperatura de 50ºC, facilitando de ese modo las condiciones conducentes al crecimiento de las arqueas termófilas (con un óptimo de temperatura >60ºC); y haciendo que las temperaturas del montón que exceden de 65ºC sean fácilmente alcanzables; y
- (d)
- temperaturas crecientes en el montón que excedan de 50ºC dan como resultado una recuperación global mejorada del cobre total y velocidades de recuperación mejoradas, particularmente de la calcopirita en medios de bio-lixiviación en montón.
\newpage
La discusión que sigue a continuación trata de
la adición de dióxido de carbono o de carbono orgánico como
alternativas intercambiables. De modo general, cualquier fuente de
carbono adecuada, por ejemplo materiales que contienen carbonato, se
pueden usar para suplementar el nivel de carbono en el montón. La
adición de carbono orgánico bajo la forma de extracto de levadura,
por ejemplo, puede proporcionar ventajas adicionales aparte del
carbono y de una mayor solubilidad en agua. Las fuentes de carbono
orgánicas de bajo coste tales como el extracto de levadura o las
melazas pueden contener vitaminas u otros factores de crecimiento
que contribuyan al crecimiento microbiano mejorado más allá de lo
que se contribuiría por el carbono contenido en tales fuentes de
carbono orgánico.
En una variación de la invención en la que se
usa en lugar de o conjuntamente con la adición de carbono para
atravesar intervalo de la actividad microbiana reducida, se puede
adicionar directamente energía térmica al montón en cualquier forma
adecuada. Por ejemplo, una disolución de irrigación aplicada sobre
el montón se pueda calentar por sistemas externos. También es
posible calentar el flujo de aire que se suministra al montón. Para
este propósito también se puede hacer uso del calentamiento solar y,
donde sea apropiado, se podría aplicar aislamiento térmico al
montón para reducir las pérdidas de calor. Otra posibilidad es hacer
uso de cualquiera de las técnicas descritas en la descripción de la
Solicitud de Patente Internacional Nº PCT/ZA2001/00154 en donde, de
modo general, el calor generado en una operación de lixiviación en
un tanque se usa para elevar la temperatura de un montón de
bio-lixiviación. Esto se realizaría, usando los
principios de la presente invención, para posibilitar que se
pudiera salvar el intervalo de temperatura en el que ocurre la
actividad microbiana reducida.
Claims (14)
1. Un método de operar un proceso de lixiviación
en montón de mineral por medio microbiano que incluye la etapa de
cambiar al menos un parámetro de operación para elevar la
temperatura en el montón cuando el suministro de carbono llega a
limitar la actividad microbiana en el intervalo de temperatura de
45ºC a 60ºC, y de ese modo aumentar la oxidación del azufre y la
generación de calor, en el montón.
2. Un método según la reivindicación 1, en donde
al menos un parámetro de operación se cambia por medio de al menos
a uno de los siguientes:
- (a)
- adicionar carbono al montón; y
- (b)
- adicionar calor al montón.
3. Un método según la reivindicación 2, en donde
el carbono se adiciona por medio de al menos de uno de los
siguientes:
- (a)
- enriquecer el contenido en dióxido de carbono en una corriente de aire suministrada al montón;
- (b)
- adicionar minerales que contienen carbonato al montón; y
- (c)
- adicionar carbono orgánico al montón.
4. Un método según la reivindicación 3, en donde
el carbono orgánico es al menos uno de los siguientes:
- (a)
- melazas; y
- (b)
- levadura, o un extracto de levadura.
5. Un método según la reivindicación 2, en donde
el calor se adiciona por medio de al menos de uno de los
siguientes:
- (a)
- calentar una disolución de irrigación que se suministra al montón;
- (b)
- calentar el aire que se suministra al montón;
- (c)
- calentar con el solar el montón;
- (d)
- aplicar un aislamiento térmico al montón para reducir las pérdidas de calor; y
- (e)
- adicionar el calor que se genera en una operación de lixiviación en tanque al montón.
6. Un método según la reivindicación 1, que
incluye la etapa de controlar el montón para detectar actividad
microbiana reducida y, una vez que ocurre tal detección, de iniciar
el cambio en al menos un parámetro de operación.
7. Un método según la reivindicación 1, en donde
la etapa de cambiar al menos un parámetro de operación se inicia
cuando la temperatura en el montón está por encima de 40ºC.
8. Un método según la reivindicación 1, en donde
la limitación del crecimiento microbiano se detecta controlando la
evolución del calor en el montón.
9. Un método según la reivindicación 1, en donde
la etapa de cambiar al menos un parámetro de operación se inicia a
una temperatura que se determina usando una muestra de mineral en
una columna de simulación de lixiviación en montón.
10. Un método según la reivindicación 1, en
donde la etapa de cambiar al menos un parámetro de operación se
detiene cuando la temperatura en el montón está por encima de
65ºC.
11. Un método según la reivindicación 1, en
donde, a una temperatura en el montón que está en el intervalo de
45ºC a 60ºC, el flujo de aire al montón se controla de modo que el
flujo de aire no enfríe el montón y se adiciona carbono al montón
para mejorar la actividad de los microbios que funcionan en este
intervalo de temperatura.
12. Un método según la reivindicación 11, en
donde a una la temperatura por debajo de 45ºC, el caudal de aire al
montón se usa simultáneamente para controlar la adición de carbono
al montón, y para regular la temperatura del montón.
\newpage
13. Un método según la reivindicación 3, en
donde el contenido de dióxido de carbono en la corriente de aire
suministrada al montón está en el intervalo de 0,03% a 5%.
14. Un método según la reivindicación 3, en
donde el carbono orgánico se adiciona en una concentración de 10 -
1.000 mg l^{-1}.
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