Lixiviación en tanque frente a lixiviación en pilas: guía de decisión

La elección entre lixiviación en tanque y lixiviación en pilas es la primera decisión de diagrama de flujo para cualquier yacimiento que responda a ácido o cianuro, porque fija la recuperación, el CAPEX y el cronograma antes de comprar un solo recipiente o una sola geomembrana. Un circuito de tanques recupera típicamente 10–25 puntos porcentuales más de metal que una pila con la misma alimentación; esta guía establece con números cuándo vale la pena pagar esa prima.

Conclusiones principales

• Recuperación: los circuitos de tanque agitado entregan 85–92% en oro libre y 75–90% en cobre oxidado; las pilas entregan 60–80% y 60–75% respectivamente con alimentación comparable.
• El tiempo de residencia es la línea divisoria: 12–48 horas en tanques frente a 30–180 días en cancha.
• CAPEX: la ruta de pilas cuesta aproximadamente un tercio a la mitad de la ruta de tanques por tonelada anual, pero compra menor recuperación, no otro proceso.
• Las arcillas y los finos deciden más rutas que la ley: por encima de 15–20% de finos, la pila necesita aglomeración como mínimo y el tanque como solución definitiva.
• El balance de agua, el clima y la altitud limitan más el diseño de pilas que el de tanques; solo los ensayos en columna convierten estas reglas en cifras bancables.

Cómo funciona cada ruta y qué aporta

La lixiviación en tanque es una extracción en recipientes agitados que pone en contacto mineral molido fino, como pulpa al 35–45% de sólidos, con el reactivo —ácido sulfúrico diluido para cobre oxidado y uranio, cianuro de sodio (NaCN) diluido a pH 10.5–11 para oro y plata— en una batería de reactores mecánicamente agitados y con deflectores. El mineral se tritura y muele a un P80 de aproximadamente 45–106 µm (unas 140–325 mallas) para liberar el mineral objetivo, y el tiempo de residencia por unidad se fija para que la batería completa entregue 12–48 horas de contacto. El oxígeno disuelto, el Eh, el pH y la fuerza del reactivo se miden y controlan de forma continua: esa es la ventaja definitoria de la ruta, porque la química queda bajo el mando del operador en todo momento.

Lo que compran los tanques es techo de recuperación y velocidad. Como cada partícula está suspendida y cada superficie está mojada, la extracción queda limitada por la cinética de disolución y no por la percolación a través de un lecho estático. Una batería bien operada devuelve habitualmente 88–92% de recuperación global en oro libre y 80–90% en cobre oxidado soluble en ácido, donde una pila con el mismo mineral se detendría en 65–75%. El precio es la mayor intensidad de capital de cualquier ruta a presión ambiente: molienda, espesamiento, tanques, agitadores, suministro de aire u oxígeno y una sección de separación sólido-líquido y recuperación aguas abajo, todo dimensionado para el caudal completo del molino.

La lixiviación en pilas es una extracción por percolación: se riega mineral triturado apilado sobre una cancha impermeabilizada con geomembrana, con los mismos reactivos, y se recoge el licor rico (PLS) en el sistema de drenaje. El mineral se tritura a un P80 de 12–50 mm (0.5–2 in) —o se apila tal cual si la permeabilidad lo permite—, a menudo se aglomera con cemento o ácido para ligar los finos, se apila en capas de 4–10 m (13–33 ft) y se riega a 5–15 L/h/m² (0.12–0.37 gal/h/ft²). La disolución avanza por infiltración y difusión durante 30–180 días de lixiviación activa más reposos, con ciclos que se extienden años en sulfuros secundarios de cobre bajo acción bacteriana. Donde gana la pila es en costo por tonelada y escala: no hay molino, ni espesadores, ni agitadores, y se evita casi por completo la energía de conminución, típicamente 15–35 kWh/t en un circuito de molienda.

Comparación directa

La tabla reúne los parámetros que deciden la elección en la práctica. Son valores industriales típicos de circuitos bien diseñados y deben confirmarse para cada mineral mediante ensayos: trátelos como números de tamizaje, no como garantías.

Dos lecturas conviene explicitar. Primero, la brecha de tiempo de residencia de tres órdenes de magnitud no es un defecto que se resuelva con ingeniería: es el mecanismo por el cual la pila convierte bajo capital en menor recuperación. Segundo, las rutas no compiten por el mismo mineral a la misma ley; compiten solo donde el mineral es apto para ambas, y por eso las reglas de decisión se enuncian por escenario.

Cuánta recuperación se cede en una pila

La recuperación es el número más grande de la comparación y el que más se juzga mal en el tamizaje inicial. La diferencia proviene de tres mecanismos, en partes aproximadamente iguales para la mayoría de los minerales:

• Liberación. La pila tritura a 12–50 mm (0.5–2 in); el metal encerrado dentro de partículas gruesas nunca se moja. Si el 15% del oro está en sulfuro o silicato no fisurado con esa granulometría, ese 15% simplemente se pierde.
• Eficiencia de contacto. La solución de riego sigue caminos preferenciales. El canalizado y la compactación local dejan zonas secas: típicamente 10–25% del volumen apilado nunca ve solución al caudal de diseño, sea cual sea la altura de capa.
• Tiempo y pasivación. Algunos minerales —calcosina, covelina, cierto oro alojado en jarosita— se disuelven demasiado despacio o se pasivan dentro del ciclo práctico de una pila, mientras que la temperatura elevada, la adición de oxidante y la solución fresca del tanque los mantienen disolviéndose.

Los contrapesos son reales pero acotados. La aglomeración liga los finos en gránulos permeables con cemento (2–5 kg/t) y curado ácido, y restablece la percolación en alimentaciones moderadamente arcillosas; la optimización de la granulación y de la altura de capa añade algunos puntos; los ciclos largos compran recuperación a costa de inventario en cancha. Un buen diseño cierra parte de la brecha, pero esencialmente nunca toda: el descuento de 10–25 puntos sobrevive al diseño detallado. En 2 Mt/a (2.2 millones de short tons al año) de mineral con 0.5% Cu, cada punto de recuperación son unas 100 t (110 short tons) de cobre al año, es decir decenas de millones de dólares de ingreso anual a precios típicos. Es esa aritmética, y no la tabla de CAPEX, la que mata los proyectos marginales de pilas.

Estructura de costos de cada ruta

La comparación solo tiene sentido con mineral, capacidad y sitio fijos, pero la estructura de ambas bases de costo difiere lo suficiente para enunciarla en general. La ruta de tanques concentra el capital en la molienda, la batería de tanques y la recuperación aguas abajo (adsorción en carbón, o extracción por solventes y electroobtención en cobre); su operación la dominan la energía de molienda, el reactivo fresco y el personal continuo. La ruta de pilas concentra el capital en chancado, construcción de cancha y pozas; su operación la dominan el chancado, el bombeo, el mantenimiento de geomembranas y la reposición de reactivo frente a pérdidas por evaporación.

Tres advertencias. Los rangos son amplios a propósito, porque el factor de localización, la logística de reactivos y las tarifas de mano de obra mueven partidas individuales al doble entre la costa de Chile y un sitio sin salida al mar en África occidental. Segundo, el CAPEX del tanque incluye equipos que el proyecto de pilas debe sustituir con otra cosa, sobre todo gestión de agua y solución: una pila sin drenaje y sistema de tormentas bien diseñados no es más barata, es un pasivo. Tercero, el OPEX por tonelada no es la variable de decisión por sí sola; lo es el OPEX por libra o kilogramo de metal recuperado, y ahí entra directamente la diferencia de recuperación.

Procedimiento de decisión y restricciones del sitio

La elección es un procedimiento repetible, no una preferencia. Aplicados en orden, estos siete pasos resuelven la mayoría de los yacimientos:

1. Caracterice el mineral. Cuantifique cobre soluble en ácido frente a sulfurado (u oro libre frente a refractario), consumo ácido de la ganga (AEC), especiación de arcillas y contenido de finos bajo 150 µm. Ninguna discusión de ruta tiene sentido antes de este paso.
2. Establezca la aptitud y la cinética de ambas rutas. Corra ensayos de botella rodante sobre pulpa molida y ensayos en columna a granulación representativa en paralelo. Las columnas tardan 2–6 meses: inícielas en la primera campaña de sondaje, no después de la prefactibilidad.
3. Compare recuperaciones con el mismo régimen de reactivos. Exprese ambas como metal recuperado por tonelada de mineral, corregido por escalamiento: las columnas suelen sobreestimar 3–8 puntos la recuperación de campo.
4. Calcule el delta de ingreso. Multiplique la diferencia de recuperación por ley, capacidad y un precio conservador de largo plazo. Ese es el ingreso anual que la ruta de tanques debe recuperar con su CAPEX y OPEX extra.
5. Construya ambos modelos de costo al mismo caudal, incluida la recuperación aguas abajo, la gestión de agua y el manejo de relaves o mineral agotado. Compare VAN o TIR, no CAPEX solo.
6. Filtre las restricciones del sitio. Balance de agua (árido o tropical), sismicidad, altitud, disponibilidad de superficie para cancha y manejo de arcillas cambian el perfil de riesgo de cada ruta de forma distinta. Una ruta con VAN positivo pero inviable en agua no es una ruta.
7. Confirme con planta piloto antes de comprometer capital. Solo una campaña piloto —columnas mayores, tanques piloto agitados o ambos— convierte rangos de tamizaje en valores de diseño. Presupuestarla explícitamente cuesta 0.5–2% del CAPEX y es el seguro más barato de la hidrometalurgia.

Reglas de decisión con números: para 2 Mt/a de cobre oxidado a 0.5% Cu, con poca arcilla y recurso de varias décadas, se prefiere pila, porque el descuento de recuperación (8–12 puntos en mineral soluble) cuesta menos de 10–15 M USD al año a precios conservadores, mientras que el CAPEX incremental de 20–50 M USD del tanque no se amortiza con el margen delgado por tonelada. Con el mismo mineral a 0.9–1.2% Cu y 1 Mt/a se prefiere tanque, porque cada punto de recuperación vale ahora unos 3–4 M USD al año y la prima se paga en 2–4 años. En oro libre por encima de 1.5–2 g/t Au conviene tanque; por debajo de 1 g/t Au a escala de millones de toneladas conviene pila, porque ninguna alternativa recupera el metal con margen positivo. Con más de 20–25% de finos o arcillas dispersivas conviene tanque cualquiera sea la ley, porque la percolación —el mecanismo entero de la pila— no se estabiliza de forma fiable ni con aglomeración con cemento. En cobre mixto óxido-sulfurado sin fracción dominante, un diagrama híbrido supera a forzar una sola ruta.

Sitio, clima y altitud. La pila es un sistema abierto y evaporativo: en sitios áridos como Atacama las pérdidas por evaporación pueden superar 0.2 m³/t de mineral. El circuito de tanques es cerrado y bombeado: los espesadores recuperan 70–85% del agua de proceso y la reposición se debe sobre todo a pérdidas en relaves. En sitios tropicales el problema se invierte: las tormentas cargan las pozas por encima del bordo libre de diseño y el PLS diluido inunda la planta. Ambos casos exigen dimensionar las pozas con precipitación máxima probable, no con lluvia media. Sobre 4,000 m (13,100 ft) en los Andes, la presión parcial de oxígeno cae a cerca del 60% del nivel del mar: en pilas de lixiviación oxidante importa poco, pero frena la acción bacteriana en biooxidación y encarece la aireación en tanques.

Riesgos. En tanques se concentran en puntos únicos de falla —una caja reductora parada detiene la batería, una falla de revestimiento puede parar el circuito— y se mitigan con dinero: repuestos, redundancia de bombeo y materiales robustos. En pilas son distribuidos y lentos de detectar: una perforación de geomembrana filtra PLS al acuífero con pasivos de remediación de años, y la migración de finos crea zonas colgadas que dejan metal sin recuperar durante toda la vida de la cancha, visible solo como un déficit inexplicable de recuperación. A ello se suma la rampa: el tanque llega a diseño en meses porque cada lote es independiente; la pila alcanza régimen estable en años, y un error sistemático de apilado temprano se propaga a todo el perfil de producción.

Preguntas frecuentes

¿Se puede convertir más adelante un proyecto de pilas en lixiviación en tanque?

Físicamente sí, se puede añadir una batería de tanques junto a una cancha existente, pero la economía rara vez funciona de forma retroactiva: el descuento de recuperación ya se incurrió durante años de producción y la adición de tanques sigue exigiendo el CAPEX completo de molienda y planta de recuperación. Es mucho mejor dimensionar la ruta correctamente en la etapa de estudio. Algunas operaciones corren ambas rutas en paralelo desde el inicio, sobre tipos de mineral distintos.

¿Qué ley justifica la lixiviación en tanque frente a la pila?

No existe un corte universal, pero sí reglas de tamizaje. En cobre oxidado, por encima de aproximadamente 0.7–0.8% Cu el delta de recuperación suele financiar la prima del tanque en capacidades moderadas; por debajo de 0.5% Cu gana la pila. En oro, 1.5–2 g/t Au marca una transición similar a escala moderada. El umbral correcto depende de capacidad, delta de recuperación de los ensayos, precio y costos del sitio: calcúlelo por proyecto.

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