Cómo funciona un tanque de lixiviación CIL o CIP: seis partes que deciden la recuperación del oro

Dentro de un tanque de lixiviación CIL: las seis partes que deciden el contacto carbono-oro

Un tanque de carbón en lixiviación no es un recipiente agitado al que se le arroja carbón. Es un reactor desconcertado, aireado y de giro lento en el que deben ocurrir tres eventos al mismo tiempo en el mismo metro cúbico de pulpa: el cianuro disuelve el oro de la superficie del mineral, el oxígeno disuelto mantiene esa disolución en movimiento y el carbón activado adsorbe el complejo de oro-cianuro lo suficientemente rápido como para vencer a los minerales de ganga que de otro modo lo robarían. Cada detalle mecánico dentro del caparazón existe para mantener esos tres eventos sucediendo juntos, y cada uno de ellos puede ser la razón por la cual una planta no alcanza su objetivo de recuperación.

La consecuencia práctica es simple: un tanque CIL se dimensiona por química pero falla por mecánica. Cuando una planta informa que el carbono "no recoge oro", la causa fundamental es más a menudo una zona de sedimentación, una pantalla ciega, un eje doblado o una línea de aire que se ha bloqueado silenciosamente que un fallo en el mineral o en la dosificación del reactivo.

Cómo viaja la pulpa a través de un tren cisterna CIL

La pulpa ingresa al primer tanque, cae en cascada por gravedad a través del canal hacia el segundo y continúa a través de seis a doce tanques en serie. La retención total en un circuito CIL suele ser de entre 20 y 30 horas, lo que equivale aproximadamente de 3 a 5 horas por tanque. La cascada funciona porque los tanques se asientan sobre una base escalonada con una caída libre de 300 a 500 mm entre etapas; Si la caída es demasiado pequeña, la pulpa se acumula, si es demasiado grande, se aireará la lavadora en lugar del tanque.

El tenor de oro en solución cae abruptamente a lo largo del tren, y la forma de esa caída le indica si el circuito está en buen estado. Un perfil normal se ve así:

Si el tanque 4 todavía transporta 3 mg/L mientras que el tanque 6 transporta 2,5 mg/L, la cola del tren no funciona y el circuito está en cortocircuito. Ese patrón es casi siempre mecánico: sólidos gruesos que pasan por una pantalla, una zona muerta debajo de un rociador mal colocado o carbón que ha dejado de moverse entre etapas.

El carbono corre en sentido contrario. Se agrega carbón fresco o regenerado al último tanque, los puentes aéreos o las transferencias lo mueven una etapa aguas arriba cada 12 a 24 horas, y el carbón cargado se elimina por lavado del primer tanque a 2000 a 7000 g/t antes de pasar a la elución. Debido a que el carbón y la pulpa se mueven en direcciones opuestas, el carbón siempre se encuentra con la solución más rica en el tanque donde el tenor de oro es más alto, y la pulpa recién lixiviada se encuentra con el carbón más limpio en el último tanque. Esa disposición a contracorriente es lo que permite que un circuito bien administrado impulse la recuperación más allá del 92 al 95 por ciento en el mineral de óxido de molienda libre.

El inventario de carbono es tan importante como la calidad del carbono. Con un rendimiento típico de 10 a 25 g/L de pulpa, un volumen de trabajo de 100 m³ contiene de 1 a 2,5 toneladas de carbono por etapa, por lo que un tren de seis tanques transporta de 8 a 15 toneladas. Perder media tonelada al mes por fallas en las pantallas y daños en las bombas es un costo anual de cinco cifras que nunca aparece en un informe de recuperación.

CIP y CIL: el mismo armazón de tanque, un trabajo diferente

En un circuito CIP la lixiviación finaliza antes de que llegue el carbón. De cuatro a ocho tanques de lixiviación con cianuro y aire realizan la disolución, y los tanques de adsorción que siguen contienen carbono y nada más. En un circuito CIL, el carbón se encuentra en los propios tanques de lixiviación, por lo que la disolución y la adsorción compiten por los mismos iones de oro en el mismo recipiente. Esa única diferencia impulsa casi todas las decisiones de diseño posteriores, desde el número de tanques hasta el consumo de carbono.

La comparación no se trata de qué proceso es mejor en abstracto. Se trata de qué tan rápido tu mineral libera oro y qué tan agresivamente tu ganga intenta recuperarlo. Un mineral que se lixivia en cuatro horas gana poco con CIL y lo paga con desgaste de carbono; un mineral que necesita treinta horas, o uno que contiene material carbonoso que adsorbe oro de la solución, perderá varios puntos porcentuales de recuperación en un circuito CIP sin importar qué tan bien se opere la sección de adsorción.

Mezcla, aire y oxígeno: los tres insumos que deciden la recuperación

La agitación tiene que suspenderse, no sólo agitarse.

El objetivo clásico es la velocidad recién suspendida, las rpm del impulsor a las que ninguna partícula permanece inmóvil en el fondo durante más de uno o dos segundos. Corre por debajo y los sólidos gruesos forman un lecho en el cono, llevándose consigo oro y carbono. Si corre muy por encima de él, no comprará nada excepto fatiga del eje, mayor consumo de energía y más desgaste de carbono contra el impulsor y los deflectores. En la práctica, la mayoría de los tanques CIL se sitúan a entre 1,1 y 1,3 veces la velocidad recién suspendida, que alcanza entre 1 y 3 kW por m³ para una pulpa típica con un 40 por ciento de sólidos.

El aire es un reactivo con un medidor de flujo.

La lixiviación de cianuro consume oxígeno y el cianuro mismo se oxida a cianato si las condiciones cambian. El oxígeno disuelto medido en la salida del tanque debe mantenerse por encima de 5 mg/L, y la mayoría de los circuitos bien administrados tienen como objetivo entre 6 y 8 mg/L. Por debajo de 4 mg/L, la cinética de lixiviación cae bruscamente y el carbono simplemente espera a que llegue el oro que no se libera. El rociado de aire también elimina el cianuro de hidrógeno si se permite que el pH baje, por lo que el control del pH de 10 a 11 con cal y oxígeno adecuado se manejan juntos, nunca por separado.

La posición de los deflectores y del rociador decide el patrón de flujo.

Un rociador colocado directamente debajo del impulsor proporciona una buena dispersión del gas pero una mala rotación de arriba a abajo. Un rociador colocado dentro de un tubo de aspiración proporciona una fuerte circulación, pero corre el riesgo de bloquear el gas si el caudal de aire es demasiado alto. La disposición confiable para un tanque de carbón es un tubo de aspiración central con el rociador en su interior, cuatro deflectores en la pared y un espacio libre entre el impulsor y el fondo de 0,3 a 0,5 veces el diámetro del impulsor.

Dimensionamiento del Tanque: Densidad de Pulpa, Tiempo de Retención y Volumen de Trabajo

Casi todos los errores de tamaño en un circuito de lixiviación se deben a la mezcla del volumen de lodo con el tonelaje de sólidos. Trabaje los números en este orden y las dimensiones del tanque saldrán con poco espacio para la discusión.

1. Tomemos como ejemplo la alimentación de sólidos secos, por ejemplo 500 t/d.
2. Divida por la fracción de sólidos en peso, por ejemplo 40 por ciento, lo que da 1250 t/d de lechada.
3. Divida por la gravedad específica de la lechada, normalmente de 1,40 a 1,50 a esa densidad, lo que da aproximadamente 860 m³/d de pulpa.
4. Multiplique por el tiempo de retención requerido, por ejemplo 24 horas, dando 860 m³ de volumen de trabajo.
5. Dividir por el número de etapas, por ejemplo ocho, da aproximadamente 108 m³ por tanque.
6. Agregue entre un 10 y un 15 por ciento de francobordo por encima del nivel de la pulpa y el volumen del cono debajo de él.

Con una relación altura-diámetro de 1,2, ese volumen de trabajo de 108 m³ corresponde a un tanque de aproximadamente 4,8 m de diámetro con un lado recto de 5,8 m. Si se aplica la misma tarea al 50 por ciento de sólidos, el volumen de la lechada se reduce aproximadamente en una quinta parte, lo que parece un ahorro hasta que se descubre que el agitador ahora necesita notablemente más torsión y el carbón tiene dificultades para permanecer disperso en la pulpa más pesada.

Dos reglas generales mantienen a los ingenieros fuera de problemas. Primero, nunca diseñe la última etapa para menos de tres horas de retención; el tanque final tiene el tenor de oro más bajo y necesita tiempo para alcanzar el valor de cola. En segundo lugar, mantenga la relación entre el diámetro del tanque y el diámetro del impulsor entre 2,5 y 3,5. Fuera de esa banda, o el impulsor es demasiado pequeño para mover todo el volumen o el tanque es demasiado estrecho para desarrollar un circuito de circulación estable.

Gestión de carbono dentro del tanque

El carbón activado es el consumible más caro del circuito y el que más fácilmente se daña. El grado estándar para la recuperación de oro es el carbón de cáscara de coco con una malla de 6 × 12, lo suficientemente duro como para sobrevivir a miles de ciclos de transferencia y lo suficientemente rápido en cinética para cargar en unas pocas horas. La concentración en la pulpa suele oscilar entre 10 y 25 g/L. Las concentraciones más altas acortan el tiempo de carga pero aumentan el desgaste, la carga de detección y la cantidad de carbono que circula a través de la elución.

La carga a lo largo del tren sigue la misma lógica contracorriente que el tenor de oro, pero a la inversa:

Tres hábitos operativos protegen ese perfil. Avance el carbono con suficiente frecuencia como para que a ninguna etapa se le pida que cargue más de aproximadamente 1.500 g/t por ciclo. Mantenga las pantallas entre etapas lo suficientemente limpias como para que la concentración de carbono diseñada en cada tanque sea realmente la concentración que usted mide. Y lave el carbón con ácido antes de la elución cuando haya calcio o incrustaciones presentes, porque una costra de carbonato en la superficie bloquea los poros de manera mucho más efectiva de lo que el complejo de oro los llena. La regeneración a entre 650 y 750 °C en un horno rotatorio restablece la mayor parte de la actividad, y las plantas que registran la actividad como un número y no como una sensación suelen mantener el carbono en servicio durante varios años antes de reemplazarlo.

Referencia de parámetros operativos para tanques CIL y CIP

Solución de problemas: Ocho fallas observadas en tanques de lixiviación reales

• Lijado en el cono. Los sólidos gruesos se depositan porque la velocidad de la punta cayó después de un ajuste del impulsor o porque el rociador bloqueó y detuvo el elevador de aire. Verifique el consumo de energía con la línea base de puesta en servicio antes de tocar la mezcla de minerales.
• Carbono en el desbordamiento. O el tamiz de retención tiene un orificio, el nivel de pulpa está por encima de la parte superior del tamiz o el caudal ha excedido la capacidad del tamiz. La apertura de la pantalla no es el problema en la mayoría de los casos; el nivel de pulpa es.
• Cortocircuito. La pulpa se mueve de la entrada a la salida más rápido que la retención de diseño porque faltan deflectores o la entrada y la salida están demasiado cerca. Una prueba de seguimiento resuelve la discusión en una tarde.
• Incrustaciones de carbono. La capacidad de carga disminuye aunque se agregue carbón fresco. El carbonato de calcio, el yeso y el aceite del circuito del molino bloquean los poros; El lavado con ácido y un control más estricto del aceite lo resuelven.
• Falta de oxígeno en el fondo. Los orificios del rociador se tapan con sarro porque el aire no se seca o el anillo se asienta en una zona de flujo lento. El oxígeno disuelto registrado por etapa lo expone mucho antes de que disminuya la recuperación.
• Exceso de finos en carbón. El desgaste aumenta cuando la velocidad punta excede los 5 m/s, cuando el carbón se transfiere a través de bombas centrífugas en lugar de puentes aéreos, o cuando el carbón es simplemente demasiado blando para la tarea.
• Cegamiento de pantalla. Astillas de madera, fibras y mica gruesa fijan las aberturas. Lavar las mamparas con una línea de agua a baja presión durante cada avance cuesta minutos y ahorra etapa.
• Vibración y falla del eje. Por lo general, una acumulación de sólidos en una pala del impulsor después de una parada o un impacto en la velocidad crítica durante el arranque. Bloquear el eje y comprobar el descentramiento en cada reconstrucción evita la mayor parte.

Dos de ellos merecen una mención especial por los circuitos de oro. En el caso del mineral que roba preg, la mitad de la batalla consiste en poner el carbono en contacto con el oro disuelto antes que la materia carbonosa, por lo que la intensidad de la mezcla del primer tanque y la concentración de carbono son más importantes que cualquier cosa aguas abajo. En la renovación y expansión del concentrador de las Islas Salomón que siguió la ruta de mejora de la recuperación de oro, el tiempo de retención y la configuración del tanque fueron reelaborados en lugar de simplemente ampliarse, porque agregar volumen del tanque a un circuito que está en cortocircuito multiplica el costo sin multiplicar la recuperación.

Materiales y detalles mecánicos que causan tiempo de inactividad

El lado húmedo de un tanque de lixiviación se encuentra en pulpa caliente, alcalina, abrasiva y que contiene cloruro, y esa combinación elimina la mayoría de los atajos. Las carcasas de acero al carbono con un revestimiento de goma de 3 a 6 mm o un sistema epóxico aplicado correctamente manejan la mayoría de los circuitos de oro. Cuando los niveles de cloruro son altos o el mineral se trata con lavados ácidos, el acero inoxidable 304 o 316L se convierte en la opción más barata en un horizonte de diez años, aunque la primera factura sea más alta.

El impulsor es el componente que decide el costo de mantenimiento. Las piezas fundidas con alto contenido de cromo duran bien en pulpa abrasiva, el acero cubierto de caucho absorbe el impacto del material atrapado y el 316L se adapta a la química agresiva. El eje necesita un manguito de caucho o HDPE en la línea de pulpa, porque ahí es donde comienza la fatiga por corrosión y donde comienzan la mayoría de las fallas del eje. Las cajas de cambios suelen estar dimensionadas para el par de arranque con el tanque lleno de sólidos sedimentados; una caja de cambios elegida basándose únicamente en el par de funcionamiento es una caja de cambios que espera fallar en la primera interrupción del suministro eléctrico.

Detalles que parecen menores en una cuestión de dibujo en el campo. Una válvula de drenaje lo suficientemente grande como para vaciar el tanque en un turno, una entrada de acceso por encima de la línea de pulpa, orejetas de elevación clasificadas para el conjunto del impulsor y un lavadero con una cubierta removible para que se pueda alcanzar una pantalla bloqueada sin andamios, todos entran en esa categoría. Las plantas que compran basándose únicamente en el precio suelen descubrir estos detalles durante el primer cierre no planificado.

Qué especificar al pedir un tanque de lixiviación o adsorción

Una consulta clara obtiene una cotización utilizable. Los vagos obtienen un armazón de tanque con un agitador adivinado, y la suposición siempre es conservadora, lo que significa costosa.

1. Rendimiento de sólidos secos en toneladas por día, y valores de diseño y máximos.
2. La gravedad específica de los sólidos y la densidad objetivo de la pulpa varían en peso.
3. Tiempo de retención requerido por etapa y número total de etapas.
4. Distribución del tamaño de las partículas, especialmente el tamaño superior y la fracción fina, que impulsan la velocidad recién suspendida.
5. Rangos de dosis de cianuro y cal, ventana de pH y objetivo de oxígeno disuelto.
6. Tamaño del carbono, concentración y carga esperada en el momento de la elución.
7. Informe químico que cubra cloruros, sulfatos y cualquier lavado ácido previsto para el circuito.
8. Restricciones de diseño: espacio disponible, altura libre, nivel de cimentación y caída de cascada requerida.
9. Tensión y frecuencia de la fuente de alimentación, además de si se prevé un variador de frecuencia.
10. Condiciones del sitio, incluyendo altitud, temperatura ambiente y clasificación sísmica.

Hay un elemento que a menudo se olvida y es caro: la concentración de cianuro libre en la pulpa. Cambia la selección de elastómeros para revestimientos y mangas, y cambia la recomendación de grado de carbono. Otra es la estrategia de mantenimiento prevista. Una planta que planea inspeccionar los impulsores cada seis meses necesita accesos más grandes y mejor acceso que una que planea funcionar durante dos años ininterrumpidos.

Para circuitos polimetálicos y de cobre-oro, el tanque de lixiviación rara vez está solo. El proyecto de pirita de cobre y oro de Anhui es una referencia útil porque las etapas de lixiviación y adsorción tuvieron que dimensionarse según un concentrado de flotación en lugar de mineral crudo, y la reología de la pulpa de ese concentrado impulsó la selección del impulsor más que la ley de cabeza. Los compradores que comparen propuestas deben solicitar el cálculo de mezcla específico detrás de cada agitador, no solo la potencia nominal en kilovatios.

Puesta en servicio del circuito: los primeros treinta días

La puesta en marcha de un tren de lixiviación se trata principalmente de agua y sólidos antes que de oro. La secuencia que evita la mayoría de los daños tempranos es la siguiente:

1. Realice una prueba hidráulica de cada carcasa y lave antes de cerrar cualquier revestimiento, luego vuelva a verificar el torque de las bridas después del primer día cálido.
2. Haga funcionar cada agitador en agua durante cuatro horas, registrando la vibración, la temperatura del cojinete y la corriente del motor al nivel de diseño.
3. Verifique la distribución del aire del rociador observando el patrón de ebullición en la superficie del tanque, no leyendo el medidor de flujo.
4. Introduzca sólidos entre un 15 y un 20 por ciento y aumente hasta alcanzar la densidad de diseño durante varios días, observando la presión del cono y la corriente del impulsor.
5. Agregue carbón solo después de que la densidad de la pulpa sea estable, luego confirme que las mallas lo retengan en el flujo de diseño.
6. Establecer la rutina de muestreo tempranamente: tenor de la solución y cianuro libre en cada etapa, oxígeno disuelto en cada salida, concentración de carbono en cada tanque.
7. Registre las cifras de vibración y potencia de referencia en el rendimiento de diseño; cada decisión de mantenimiento posterior debe medirse con respecto a esa línea de base.

El error de puesta en servicio más común es comenzar con la densidad máxima el primer día. Los sólidos sedimentados de un arranque en frío pueden bloquear un impulsor en cuestión de segundos y el daño resultante en el eje retrasa el arranque durante semanas.

Preguntas que los compradores hacen con más frecuencia