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Introducción
México es un país mundialmente reconocido por la producción de metales preciosos como son el oro y la plata, por lo que se encuentra posicionado como el mayor productor de plata a nivel mundial y en cuanto a la producción de oro se encuentra escalonado en noveno lugar a nivel mundial [1].
El proceso de cianuración es ampliamente utilizado por la industria minera para la recuperación en solución de dichos metales preciosos, ya que este proceso resulta ser eficaz y de bajo costo, cuando las partículas de los metales están completamente libres o expuestas en asociaciones simples.
La pirita ha recibido una gran atención recientemente debido a que es el segundo mineral huésped más común de las especies de oro [2]. Esta asociación puede mostrar muy diversa complejidad, es decir, el oro puede encontrarse finamente diseminado sobre las piritas, pero expuesto, en otras puede encontrarse incluido a tamaño muy fino (0.10 a 1.0 μm) dentro de granos de pirita de entre 5 a 15 micras, o bien dentro de la red cristalina de la pirita (oro invisible). Sin embargo, tales asociaciones hacen que el metal no responda a la solución de cianuro [3] y se clasifique como refractario (recuperaciones por debajo al 80%), en este caso se debe de emplear tratamientos de oxidación o condiciones de trituración extremas complementarios a la cianuración, para poder romper la estructura del mineral y hacerlo más accesible a la cianuración [4]. Así que, es necesario implementar nuevas alternativas que ayuden a eficientar los procesos de concentración y/o extracción, para lograr altos porcentajes en la recuperación de los metales de interés.
Algunas de estas alternativas, consisten en aplicar pre-tratamientos de tostación, oxidación a presión, biolixiviación y molienda ultrafina, este último es el más empleado de manera industrial actualmente. Cada uno de estos pre-tratamientos busca la manera de optimizar la extracción del oro en la etapa siguiente de cianuración. Cabe mencionar que, la generación de SO2, los altos costos de operación y los tiempos largos de operación, hacen que estos métodos sean poco convenientes para su empleo. Actualmente, las investigaciones relacionadas con el tratamiento de pirita se enfocan principalmente a tratamientos de tostación [5], biolixiviación [6], remolienda [7], oxidación con ácido nítrico [8].
El uso del ozono en la metalurgia extractiva ha tomado un papel importante en los últimos años como agente oxidante en la lixiviación de metales y minerales, esto debido a su alto poder oxidante (E° = 2.07 V) y el impacto mínimo al medio ambiente. Debido a su alto poder oxidante, puede oxidar a los minerales refractarios de tal manera que incrementa el potencial de oxidación del medio acuoso y disuelve a los minerales sulfurosos asociados con el oro y la plata [9]. Por estas razones, el uso del ozono se presenta como una alternativa interesante para el pretratamiento de minerales refractarios.
La presente investigación consiste en presentar el comportamiento del consumo de cianuro de un
concentrado de pirita aurífera proveniente de la etapa de flotación de una concentradora localizada en el estado de Zacatecas, cuando se propone aplicar un pretratamiento con ozono previo al proceso de cianuración convencional. De igual manera, se presenta el comportamiento en la disolución de la plata de dicho concentrado. Al aplicar un pre-tratamiento con ozono se busca liberar al oro y la plata disolviendo las especies minerales huésped de los minerales de valor, para lograr exponer las partículas de oro y plata a la solución lixiviante de cianuro, y así alcanzar altos porcentajes de recuperación de dichos metales. Asimismo, se busca contribuir de manera positiva al cuidado del medio ambiente, al impactarlo de manera mínima, así como no elevar los costos de producción.
Materiales y Metodologías
Materiales
Para el desarrollo de este proyecto de investigación se obtuvo una muestra de concentrado de pirita (5.6 kg) de una planta de concentración ubicada en el estado de Zacatecas. La preparación del mineral se realizó de la siguiente manera: la muestra se desgrumó y homogenizó, para enseguida obtener una muestra de 2 kg mediante el cuarteo.
Al concentrado de pirita se le determinó el tamaño de partícula mediante un análisis granulométrico en húmedo, en el cual, primero se deslamo por la malla 500 para retirar las partículas finas; la fracción gruesa se tamizó en seco utilizando las mallas 100, 200, 270, 325, 400 y 500. La Figura 1, muestra que el d80 del concentrado de estudio es de 45.70 µm.
La Tabla 1, muestra el análisis químico para el concentrado de pirita. La ley de oro y plata se determinó mediante análisis de vía seca, mientras que el análisis de hierro, cobre zinc y plomo se realizó mediante espectroscopia de absorción atómica, Perkin-Elmer Analyst-200.
Tabla 1 Análisis químico para el concentrado de pirita.
| Elemento o Compuesto | g/ton | % |
| Colector ABH | 1646 | 1551 |
| Mineral con ABH (pH 5) | ||
| Mineral con ABH (pH 8) | 1520 | 1400 |
| Mineral con ABH (pH 10) | 1520 | 1400 |
| Colector AOH | 1657 | 1559 |
| Mineral con AOH (pH 5) |
Se realizó una caracterización mineralógica del concentrado aurífero con el objetivo principal de observar las especies minerales presentes en dicho concentrado. El estudio de la caracterización mineralogía se realizó mediante un microscopio metalográfico Nikon Eclipse MA200. La Figura 2 presenta fotomicrografías del concentrado de estudio, en donde se observa que cualitativamente, la especie presente en mayor proporción en el concentrado resulto ser la pirita, con contenidos menores de calcopirita y de esfalerita, así como una pequeña cantidad de silicatos.
Metodologías
Para este trabajo de investigación, se implementaron 3 metodologías: a) una cianuración convencional, b) un pre-tratamiento con ozono y c) pretratamiento con ozono seguido de cianuración. A continuación, se describe de manera general el objetivo de cada una de las metodologías.
Cianuración convencional
Se realizaron 2 cianuraciones al concentrado de pirita a diferentes concentraciones de cianuro: 1000 y 3000 ppm de CN-. Las condiciones experimentales que se utilizaron fueron: una dilución de pulpa 1:1, es decir 50% CW (100 g de concentrado mineral y 100 mL de la solución de cianuro), 25° C (± 2°C), pH de la pulpa fue 14 (regulado por NaOH) y un tiempo de cianuración de 48 horas. Las pruebas se efectuaron en botellas y permanecieron en agitación durante todo el tiempo de cianuración. Todas las pruebas se realizaron por duplicado.
Los experimentos se realizaron de la siguiente manera: se pone en contacto el concentrado de pirita y la solución de cianuro a una determinada concentración en una botella ámbar de 1 L de capacidad. La agitación se llevó a cabo en una mesa rodillos, con una velocidad de agitación 110 rpm (ver Figura 3). Se tomaron alícuotas de 20 mL de pulpa a 2, 4, 6, 10, 24 y 48 horas, y 5 mL se destinaron para medir el consumo de cianuro mediante titulación con nitrato de plata (AgNO3) con una concentración de 0.025 M y los otros 15 mL se utilizaron para medir Ag y Fe. En cada muestreo se repone el cianuro consumido y el volumen de pulpa extraído.
A las 48 horas, se procedió a filtrar la pulpa para recuperar los sólidos que no reaccionaron y se analizaron por oro y plata; también se analizó la solución rica por oro y plata. Adicionalmente, cada vez se lavaron los sólidos filtrados para retirar los contenidos de oro y plata remanentes.
Pre-tratamiento con ozono
Se utilizó un ozonificador, el cual generó una corriente gaseosa de 1 L/min con una concentración de 0.02 g O3/L. Se da inicio a la generación de ozono y una vez que se estabiliza la producción de ozono se vierten 400 mL de solución de ácido nítrico al 10% vol., junto con 115 g del concentrado de pirita al reactor de vidrio, se inicia el cronometraje del tiempo y la agitación mecánica a 1100 rpm. El tiempo de tratamiento con ozono fue de 6 horas a una temperatura de 25° C (± 2°C). Al final del tratamiento se recuperan los sólidos, se enjuagan, se filtran y se secan. El equipo experimental empleado se muestra en la Figura 4.
Cianuración con Pre-Tratamiento con Ozono
Una vez que se aplicó el pretratamiento con ozono al concentrado de pirita, se procedió a preparar soluciones de cianuro a 1000 y 3000 ppm de CN-. El procedimiento seguido para estas cianuraciones fue idéntico al mencionado-descrito en el apartado de la cianuración convencional.
Resultados
Cianuración convencional
La cianuración en botellas se realiza con el fin de obtener información sobre el consumo de reactivos, como lo es el cianuro, de igual manera, ayuda a predecir el porcentaje de recuperación de metales preciosos tales como el oro y la plata de acuerdo a determinados tiempos de lixiviación.
Para este trabajo solo se presenta la recuperación de plata. La Figura 5 presenta el porcentaje de recuperación de plata mediante el proceso de cianuración convencional, para las concentraciones de cianuro de 1000 y 3000 ppm de CN-, en donde se observa que el porcentaje de recuperación resultó ser aproximadamente de 22% y 54%, respectivamente. A concentraciones altas de cianuro (3000 ppm de CN-) se tienen porcentajes de recuperación más altos.
Cianuración con Pre-Tratamiento con Ozono
El ozono busca disolver parcialmente la matriz de pirita para que posteriormente, las partículas de oro se encuentren expuestas en la solución de cianuro y exista mayor recuperación de metales preciosos como el oro y la plata en solución. Es conveniente mencionar que, en las pruebas que se presentan a continuación se realizó el pretratamiento con ozono antes de la cianuración.
En la Figura 6 se muestra la cinética de lixiviación de plata para el concentrado de pirita aurífera utilizando un pretratamiento de ozono antes de la cianuración, en donde se aprecia que, durante el periodo de las primeras 10 horas de cianuración se obtiene la mayor recuperación de plata para las concentraciones aplicadas de 1000 y 3000 ppm de CN-, resultando estas de aproximadamente 37% y 93%, respectivamente. Sin embargo, a partir de las 10 horas del proceso de cianuración, se observa que, para las mismas concentraciones de cianuro, el porcentaje de recuperación de plata disminuye hasta 35% y 67% respectivamente.
Figura 6 Cinética de lixiviación de plata utilizando un pretratamiento con ozono antes de la cianuración para un concentrado de pirita aurífero.
La alta recuperación de plata en las primeras 10 horas se debe principalmete a que el ozono logra disolver una cantidad considerable de partículas minerales, lo que lleva a que los metales de interés tales como la plata queden expuestos a la solución de cianuro. No obstante, al finalizar la cianuración, los niveles de recuperación para las tres concentraciones empleadas de cianuro, disminuye notablemente, ya que se sugiere una precipitación de los valores de plata, debido a que como se tiene una concentración de oxígeno limitada y una alcalinidad alta, es posible dar lugar a una concentración mínima de ion sulfuro (S-2), la cual sería suficiente para precipitar la plata.
Consumo de Cianuro
La Figura 7 muestra la comparación del consumo de cianuro para las dos concentraciones de cianuro estudiadas para a) la cianuración convencional y b) utilizando el pretratamiento con ozono antes de la cianuración. Se observa en la Figura 7a, que el consumo de cianuro fue de 367 ppm y 518 ppm de CN- para las concentraciones de cianuro a un tiempo de 48 horas de cianuración. En la Figura 7b, se observa que el consumo resultó ser aproximadamente de 200 ppm y 359 ppm de CN- respectivamente.
Figura 7 Consumo de cianuro para el concentrado de pirita para 1000 y 3000 ppm CN-, para el a) proceso de cianuración convencional y b) utilizando
Estos resultados infieren que, el consumo de cianuro para la lixiviación del concentrado de pirita aurífero disminuyó al emplear un pretratamiento con ozono, esto en comparación con la cianuración convencional, en donde para las concentraciones de 1000 y 3000 ppm de CN- se tuvo una disminución en el consumo de cianuro de alrededor del 54.5% y 69.3%
Conclusiones
Los resultados presentados en este trabajo, han sido principalmente enfocados en el comportamiento de la disolución de plata contenida en un concentrado pirítico de oro-plata, cuya concentración de esta última es de 734 g Ag/ton, dicho concentrado proviene de un proceso de flotación de una operación industrial mexicana en el estado de Zacatecas.
Se observó que un pretratamiento con ozono en medio ácido aplicado al concentrado de pirita, genera una extracción mayor de plata cuando este es sometido a una cianuración a una concentración alta de cianuro (3000 ppm de CN-), incrementado su recuperación de 54% a 93% pero en un tiempo de cianuración de 10 horas. Sin embargo, la disminución de la plata que se da después de las 10 horas de cianuración se pudiera atribuir a una reprecipitación de la plata, debido a que se estuvo incrementando la alcalinidad para contrarrestar el carácter ácido que genera el concentrado de pirita, el cual pudiera dar lugar a una concentración pequeña de ion sulfuro (S2-) pero suficiente para precipitar la plata [10].
En cuanto al consumo de cianuro, se observó una disminución de un 69.3% para la recuperación más alta de plata empleando un pre-tratamiento con ozono antes de la cianuración, esto se debe a que, en la etapa de ozonización, se disuelve una cantidad considerable de pirita, la cual reaccionaría en la etapa de cianuración.
En este sentido, se puede concluir, que el uso del ozono puede ser una alternativa interesante para la recuperación de metales preciosos contenidos en concentrados de pirita industriales al emplearlo como pre-tratamiento antes de una cianuración convencional, presentando disminuciones considerables de consumos de cianuro, lo cual generaría un impacto ambiental positivo.
