Proceso de lixiviación de mineral de cobre oxidado: guía de diagrama de flujo

El proceso de lixiviación de cobre oxidado convierte minerales oxidados de cobre en cátodo vendible mediante lixiviación ácida, extracción por solventes (SX) y electroobtención (EW), y un diagrama bien ajustado entrega habitualmente 70–90% de recuperación del cobre soluble en ácido (cifra ilustrativa, dependiente de la mineralogía). Esta guía recorre la selección de ruta, el diseño del diagrama y el riesgo de proyecto.

Conclusiones principales

• La mineralogía oxidada —malaquita, azurita, crisocola, atacamita, cobre nativo— fija la demanda de ácido, la cinética y la recuperación alcanzable antes de dimensionar cualquier equipo.
• La elección de ruta (pila, tanque agitado o VAT) depende sobre todo de ley, contenido de arcillas y tonelaje; la ruta equivocada es el error más caro de un proyecto de óxidos.
• El curado ácido antes de lixiviar mejora de forma consistente la recuperación en minerales calcáreos y arcillosos, y es un seguro barato a escala piloto.
• Para la mayoría de los proyectos de óxidos, SX-EW es el diagrama aguas abajo correcto; la cementación sobrevive solo en nichos de bajo CAPEX y la EW directa del licor falla por control de impurezas.
• La logística de ácido, el balance de agua y la eficiencia de corriente en EW son los tres riesgos que más veces rompen la economía en Chile, Perú y el cinturón del cobre DRC-Zambia.

Por qué la mineralogía oxidada decide todo el diagrama

La oxidación supergénica convierte calcopirita y bornita primarias en una familia de minerales secundarios cuya química varía mucho más que la de los sulfuros. Esa variación no es académica: determina el consumo de ácido, la velocidad de lixiviación y si una pila llegará alguna vez a la recuperación objetivo. Todo estudio serio debe empezar por mineralogía cuantitativa —QEMSCAN, XRD con refinamiento de Rietveld o, como mínimo, petrografía óptica cuidada— y no por una ley de cabeza.

La malaquita es un carbonato-hidróxido de cobre que se disuelve con rapidez en ácido sulfúrico diluido liberando CO₂, y es la base de la economía de la mayoría de las lixiviaciones de óxidos. La azurita se comporta de forma similar, aunque su mayor contenido de carbonato eleva algo la demanda ácida. La atacamita y sus polimorfos paratacamita, comunes en Chile y Perú, contienen cloruro pero siguen siendo solubles en ácido y se lixivian con facilidad. El cobre nativo es un caso especial: no se disuelve solo con ácido y requiere ion férrico u oxígeno disuelto como oxidante, por lo que los óxidos con cobre nativo suelen dar resultados decepcionantes en columnas solo ácidas. La crisocola es un silicato de cobre hidratado que se lixivia mucho más despacio e incompletamente que los carbonatos, y a menudo limita la recuperación al rango de 60–75% (ilustrativo) incluso con curado y residencia prolongados. Donde domina la crisocola cambia la economía: ciclos más largos, molienda más fina o aceptación de menor recuperación, y la planta piloto deja de ser opcional. Antlerita, brocantita y otros sulfatos se sitúan entre ambos extremos: muy solubles, pero portan ácido sulfúrico de cristalización que puede aportar acidez durante la lixiviación.

Se siguen dos consecuencias prácticas. Primero, el ensayo de cobre soluble en ácido frío predice mejor el comportamiento que el cobre total, y la relación entre ambos debe informarse en cada compósito. Segundo, el consumo de ácido de la ganga —calcita, dolomita y arcillas reactivas— puede empequeñecer el que consumen los minerales de cobre. El punto aquí es que la mineralogía define el balance de ácido, el tiempo de residencia y, por tanto, el capital de toda la planta.

Qué ruta encaja con su mineral: pila, tanque o VAT

La selección de ruta es la decisión de mayor apalancamiento. Las tres rutas consolidadas ocupan esquinas distintas del triángulo ley-tonelaje-arcilla, y forzar un mineral en la esquina equivocada es donde se pierde el dinero.

Pila. Conviene a minerales de gran tonelaje, baja ley y drenaje libre. El mineral triturado (típicamente P80 de 12–50 mm, según proyecto) se apila sobre canchas impermeabilizadas, se cura con ácido y se riega con refinado durante meses. La intensidad de capital por tonelada es la menor de las tres y la escala compensa una recuperación modesta. Los condicionantes que la descartan son alto contenido de arcilla —mala percolación, canalizado, inestabilidad del talud— y ganga muy consumidora de ácido a baja ley. Sin esos riesgos, la pila sigue siendo la opción por defecto para recursos oxidados por encima de unos 20 Mt (umbral indicativo, no regla).

Tanque agitado. Conviene a minerales de mayor ley, ricos en arcilla y tonelajes menores donde importa la velocidad de recuperación. El mineral molido o finamente triturado se lixivia en recipientes agitados al 20–40% de sólidos en horas, no meses. Recupera mejor la fracción de crisocola —la molienda más fina mejora la liberación— y tolera arcillas que destruirían la permeabilidad de una pila. El costo es molienda, mayor potencia de agitación y un deber de separación sólido-líquido —normalmente espesadores de decantación en contracorriente (CCD)— aguas abajo. El dimensionamiento parte del tiempo de residencia de los ensayos cinéticos y sigue con el número de recipientes y el deber del agitador.

VAT. Ocupa el terreno intermedio: celdas estáticas contenidas, cargadas con mineral triturado, inundadas de solución y drenadas por ciclos. Usa menos agua y reactivo que una pila y evita algunas pérdidas por percolación, pero opera por lotes, exige mucha mano de obra y programación, y es menos común en plantas modernas. Merece consideración en depósitos medianos con arcilla moderada y en sitios con escasez de agua.

Son veredictos de nivel de tamizaje. Una decisión competente necesita datos de ciclo cerrado o columna sobre compósitos representativos, conciliación de cobre soluble frente a total y curvas de consumo ácido de la ganga: exactamente lo que entrega un programa estructurado de planta piloto antes de la factibilidad bancable.

El diagrama etapa por etapa

1. Chancado y clasificación. El mineral oxidado se chanca por etapas a 12–50 mm (pila) o se muele a tamaños sub-milimétricos (tanque). La clasificación controla los finos que cegarían la cancha o sobrecargarían la molienda.
2. Curado ácido y aglomeración. Se mezcla ácido sulfúrico concentrado (a menudo 90–98% de H₂SO₄) con el mineral, frecuentemente con un rocío de agua o refinado para aglomerar finos. Un tiempo de curado de 24–72 horas permite al ácido reaccionar con los carbonatos y predisolver el cobre soluble antes del riego. La fuerza ácida del curado se fija por el contenido de carbonatos de la ganga: los minerales muy calcáreos reciben ácido concentrado dosificado para reaccionar el carbonato antes del riego, mientras los silíceos pueden curarse a menor fuerza o no curarse. La humedad al apilar importa tanto como la dosis: demasiado seca y el aglomerado se deshace en la cancha, demasiado húmeda y la capa se derrumba y pierde permeabilidad.
3. Lixiviación. El mineral curado se apila y riega (pila) o se carga a recipientes (tanque/VAT) con refinado que retorna de SX a pH de aproximadamente 1.5–2.2 y 5–15 g/L de ácido libre (ventanas típicas, ilustrativas). Los ciclos en pila duran 30–120 días o más; en tanque se completan en 4–24 horas. El oxidante (férrico del PLS reciclado, o eventualmente oxidante añadido) solo se necesita donde persisten cobre nativo o sulfuros reducidos.
4. Recolección y clarificación del PLS. El PLS que drena de la pila o el rebose de CCD se recoge en pozas o tanques, y se clarifica y filtra según necesidad. La ley del PLS suele situarse entre 1 y 6 g/L Cu (ilustrativo), y los niveles de pH, cloruro, manganeso y hierro dictan el diseño de SX.
5. Extracción por solventes. El PLS contacta una fase orgánica —un extractante de oxima en diluyente de queroseno— en mezcladores-sedimentadores, transfiriendo el cobre a la orgánica y rechazando hierro, manganeso, cloruro y sólidos. La orgánica cargada se lava y luego se reextrae con electrolito gastado, produciendo un electrolito fuerte y limpio (típicamente 40–50 g/L Cu) y devolviendo refinado estéril a la lixiviación.
6. Electroobtención. El electrolito cargado se alimenta a las naves de EW, donde el cobre se deposita sobre cátodos de acero inoxidable o cátodos madres de cobre a densidades de corriente comerciales. Los ánodos insolubles liberan oxígeno y el electrolito gastado (pobre en cobre, rico en ácido) se recicla a la reextracción. El cátodo de SX-EW de óxidos es calidad LME Grado A cuando el circuito está bien controlado.
7. Relaves y residuos. El residuo de pila enjuagado y drenado se remodela y se cubre; los residuos de tanque van a un depósito de relaves con el agua de lavado de CCD recuperada al circuito. El enjuague hasta baja acidez residual es requisito de permisos en la mayoría de las jurisdicciones, así que el balance de agua de enjuague pertenece al diseño y no a la posdata.

Cómo SX-EW cierra el proceso

¿Por qué SX-EW y no las alternativas? Existen tres opciones aguas abajo y elegir mal es difícil de revertir. La extracción por solventes es una separación líquido-líquido selectiva que transfiere el cobre del licor a una fase orgánica y luego lo reextrae en un electrolito limpio y concentrado. Esa selectividad es todo el argumento: los licores de óxidos portan hierro, manganeso, cloruro, aluminio y sólidos, y electrolizarlos directamente produce cobre impuro, no vendible, y corroe los ánodos. SX actúa además como amortiguador de inventario de solución, desacoplando la lixiviación lenta de la nave de EW constante.

La comparación es directa. La cementación —precipitación de cobre con chatarra de hierro— tiene bajo capital pero da un producto de bajo valor, consume hierro y no transfiere control de impurezas; sobrevive solo en entornos pequeños o con capital muy restringido. La electroobtención directa del licor se salta SX pero falla por acumulación de impurezas, colapso de la eficiencia de corriente y calidad de cátodo; no es una opción bancable por defecto. SX-EW produce cátodo de grado LME en sitio, recicla ácido internamente —la reextracción devuelve ácido a la lixiviación— y escala con suavidad desde unos miles hasta cientos de miles de toneladas anuales de cobre.

• Calidad y temperatura del refinado. El refinado que vuelve a la lixiviación arrastra extractante residual y orgánicos; gestione el arrastre (coalescedores, pulidores por flotación o centrífugos) para proteger la permeabilidad de la pila y la calidad del agua.
• Cloruro de minerales con atacamita. El cloruro pasa parcialmente por SX y acelera la corrosión de ánodos en EW; las etapas de lavado y la disciplina del agua de lavado mantienen el cloruro del electrolito dentro de los límites de la nave.
• Manganeso. La generación de permanganato en los ánodos degrada el extractante; los límites de tolerancia a Mn deben estar en los criterios de diseño de SX desde el primer día.
• Eficiencia de corriente. La eficiencia de EW suele correr en 90–95% (ilustrativo) con electrolito limpio y control disciplinado de aditivos; cada punto perdido es energía y capacidad perdidas. También es uno de los primeros diagnósticos que derivan cuando sube el arrastre de SX, un aviso temprano útil entre las dos secciones de la planta.

Recuperaciones, costos y logística

Una advertencia sobre la contabilidad: «recuperación» en óxidos debe definirse contra cobre soluble en ácido o contra cobre total, y las dos pueden diferir 10 puntos o más con crisocola o silicatos refractarios. El punto a nivel de diagrama es que la elección de ruta decide qué techo de recuperación está comprando: una pila que acepta 75% del cobre soluble a bajo costo unitario puede superar a una planta de tanque con 85% y costos de molienda, o al revés, según ley, logística y precios de energía del sitio.

La estructura de costos operativos la domina el ácido (con frecuencia 30–50% del OPEX de óxidos cuando se transporta a larga distancia, ilustrativo), seguido de la energía de EW y, en rutas de tanque, la molienda. La logística decide: sin plan de ácido un proyecto de óxidos no es un proyecto. En Chile pesan los fundiciones y plantas de ácido costeras; en Perú el suministro industrial; en el cinturón del cobre, la dependencia de logística de larga distancia. La segunda entrada es el agua: en el norte de Chile y en el sur del Perú la lixiviación compite con la agricultura y las comunidades en el terreno habitado más seco del planeta, y el agua de mar o desalinizada es hoy supuesto estándar en proyectos costeros. La energía cierra la tríada: la EW tiene un piso energético bien definido, comúnmente del orden de 2,000 kWh por tonelada de cátodo antes de las cargas auxiliares (ilustrativo).

Preguntas frecuentes

¿Qué minerales de cobre responden mejor a la lixiviación ácida?

Malaquita, azurita, atacamita, brocantita y antlerita se lixivian con facilidad en ácido sulfúrico diluido y son la base económica de la mayoría de las operaciones de óxidos. La crisocola se lixivia lenta y parcialmente y suele limitar la recuperación, mientras el cobre nativo requiere un oxidante añadido como el ion férrico. La mineralogía cuantitativa sobre compósitos representativos debe preceder a cualquier compromiso de diagrama.

¿Cuánto tarda una pila de cobre oxidado en alcanzar la recuperación final?

Los ciclos típicos van de 30 a 120 días o más desde el primer riego hasta el drenaje, según granulación, calidad del curado, permeabilidad y mineralogía. Los minerales calcáreos responden rápido; los que portan crisocola alargan los ciclos. El ensayo en columna calibrado contra el desempeño de campo sigue siendo la única forma fiable de pronosticar su curva recuperación-tiempo.