Tanques de lixiviación de oro: dimensionamiento y selección

Un tanque de lixiviación de oro se dimensiona normalmente para un tiempo de residencia total de 24–48 horas, la cifra que fija el volumen del tren, la potencia de agitación y el capital de un circuito de carbón en lixiviación (CIL). El tiempo se deriva de los ensayos cinéticos, se reparte entre 6–8 tanques y luego se seleccionan agitadores, materiales y cribas interetapa.

Puntos clave

• El tiempo de residencia debe salir de los ensayos —24–48 h es lo típico— y nunca copiarse de otra planta.
• Seis a ocho tanques en serie se acercan al comportamiento de flujo pistón y recuperan más que un solo recipiente del mismo volumen.
• La agitación se diseña para 40–50% de sólidos en peso; la potencia específica baja al crecer el diámetro.
• Impulsores hidroala de giro lento y agitadores de doble accionamiento limitan la atrición del carbón con 10–20 g/L.
• El acero al carbono revestido de goma es el material por defecto; se sube a 316L o dúplex solo cuando la química lo exige.

Qué es y qué variantes existen

Es un recipiente agitado y con placas deflectoras que mantiene mineral finamente molido como pulpa de 40–50% de sólidos en contacto con NaCN diluido, de modo que el oro se disuelve mientras el oxígeno y el reactivo se distribuyen de forma uniforme. En CIL el mismo tanque contiene carbón activado granular, que adsorbe el complejo oro-cianuro mientras la pulpa avanza de tanque en tanque. Las instalaciones típicas son tanques de acero de fondo plano y tapa abierta, con relación diámetro-altura de 1:1 a 1:1.1, en series de seis a ocho.

calculadora de volumen de reactor de lixiviación

lixiviación en tanque frente a lixiviación en pilas

Lixiviación

La agitación se logra con un eje vertical que lleva uno o dos impulsores grandes de giro lento —hidroala o palas inclinadas— accionados por un reductor de eje horizontal. Donde no se usa agitación mecánica, el tanque Pachuca es una columna agitada por aire comprimido inyectado cerca del fondo cónico: mecánicamente más simple, pero más alto, ruidoso y difícil de ajustar, por eso la mayoría de las plantas modernas elige unidades mecánicas.

La criba interetapa es un separador estático tipo tamiz curvo que retiene el carbón en cada tanque y deja pasar la pulpa hacia la etapa siguiente. El hermano del CIL es el CIP, que lixivia primero y adsorbe después en etapas separadas: la elección cambia tiempos de residencia, inventario de carbón y número de cribas. Y frente a la lixiviación en pilas, el tanque cambia capital por velocidad y recuperación: 85–95% del oro en uno o dos días con mineral molido, frente a semanas o meses de percolación con trituración gruesa.

Parámetros de diseño

Tiempo de residencia. Es el volumen retenido dividido por el caudal de pulpa y el único parámetro que no debe tomarse de otro proyecto. Los ensayos de botella y de tanque agitado dan la curva de disolución; el ensayo CIL o un piloto continuo añaden la adsorción. La mayoría de los minerales de molienda libre alcanza el grueso de la disolución en la primera mitad, y la cola de la curva se compra a un costo de capital desproporcionado.

Densidad de sólidos. Operar a 40–50% en peso reduce volumen, reactivo por tonelada y energía de bombeo, pero sube la viscosidad y con ello la potencia. Por encima de 50% la suspensión se deteriora bruscamente y el movimiento del carbón se vuelve errático; el punto de diseño se sitúa justo por debajo del codo de viscosidad.

Geometría y etapas. Por razones estructurales y de mezcla los tanques grandes se construyen cerca de 1:1; el diámetro lo limitan el espesor de chapa, las cargas de techo y el torque del agitador. El número de etapas es una decisión cinética.

Intensidad de agitación. Las revisiones del sector reportan potencias específicas desde cerca de 1 kW/m³ en reactores pequeños hasta menos de 0.05 kW/m³ en los tanques de 10–15 m, porque la suspensión escala favorablemente con el diámetro del impulsor. La velocidad de punta se limita, habitualmente en la banda de 3–5 m/s, para acotar la degradación del carbón.

Carbón y cribas. Los tanques CIL llevan 10–20 g/L de carbón en suspensión, un compromiso entre velocidad de adsorción y pérdidas por atrición. Las cribas interetapa, con aberturas del orden de 600–800 µm, retienen el carbón (típicamente malla 6×12) y dejan pasar la pulpa molida.

Química. NaCN libre de 0.2–0.5 g/L, pH 10.5–11.0 con cal y oxígeno disuelto por encima de 5–10 mg/L definen el sobre químico. Una mejor dispersión de oxígeno acorta el tiempo de residencia: es el volumen más barato que se puede comprar.

Cómo se dimensiona paso a paso

El dimensionamiento es una cascada de cálculos simples donde cada paso acota al siguiente, y siempre debe correrse desde datos medidos hacia adelante, nunca desde el plano de un competidor hacia atrás. El ejemplo usa 2,500 t/d con cifras ilustrativas.

1. Fijar el tiempo con ensayos. Graficar disolución y adsorción de oro contra tiempo, desde botella, tanque agitado y —cuando la ley lo justifica— piloto continuo CIL. Para el ejemplo, suponer 30 h totales.
2. Pasar de tonelaje a caudal de pulpa. A 2,500 t/d el sólido seco es 104 t/h; con 45% p/p, gravedad específica del mineral 2.7 y de la pulpa cercana a 1.45, el caudal volumétrico es de unos 166 m³/h. Esta cifra, no el tonelaje seco, manda todos los volúmenes posteriores.
3. Multiplicar caudal por tiempo. 166 m³/h × 30 h ≈ 4,980 m³ de pulpa en servicio; añadir 10–15% para volumen desplazado por carbón, aire retenido y margen de parada.
4. Elegir el número de etapas. Cada tanque en serie es una etapa que arrastra al circuito hacia flujo pistón; seis a ocho es el óptimo práctico para CIL. Repartir 4,980 m³ en siete etapas da unos 715 m³ por tanque.
5. Fijar geometría. Con relación 1:1 a 1:1.1, 715 m³ corresponde a un diámetro cercano a 9.5 m con 10.5 m de altura de líquido. Verificar espesor, viento y sismo antes de congelar el diámetro.
6. Dimensionar agitadores. Especificar suspensión de la fracción más gruesa en el servicio más denso y luego verificar la velocidad de punta frente al límite de atrición. Para tanques de esta clase, 0.08–0.15 kW/m³ instalados es representativo: cada agitador del ejemplo ronda los 55 kW.
7. Cerrar carbón, cribas y transferencia. Verificar retención (10–20 g/L), área de criba frente al flujo de pulpa y si conviene bombeo interetapa o arreglo sin bombas según el perfil de elevación.

Dos comprobaciones finales: traducir la curva de recuperación a un cálculo de recuperación para poner en la mesa el valor del tren, no solo su costo; y estresar el diseño contra el plan de mina, porque si en el año cinco llega un mineral más duro y lento, el margen de residencia decidido ahora define si la planta flexiona o se queda corta.

Agitadores y materiales

Mecánica o aire. La agitación mecánica gana en control de suspensión, transferencia de oxígeno y espacio; las columnas Pachuca sobreviven donde el aire es barato y el servicio poco exigente. En una planta CIL moderna lo interesante es la elección dentro de la familia mecánica: dos impulsores grandes y lentos, normalmente uno axial inferior que bombea hacia abajo y otro radial o de bombeo ascendente arriba, a velocidades del orden de 8–15 rpm.

Doble accionamiento. Es un arreglo que reparte el torque entre dos conjuntos motor-reductor independientes sobre el mismo eje, de modo que la falla de uno deja agitación parcial en lugar de un eje detenido sedimentando en un lecho de arena. La prima compra un seguro: una parada no planificada puede significar tanques arenados, excavación manual y semanas de producción perdida. Conviene donde la energía es débil, los repuestos tardan o la pulpa sedimenta rápido.

Materiales. A pH 10.5–11.0 la solución de cianuro no es muy corrosiva para el acero, así que normalmente manda la abrasión y no la corrosión. Por eso el acero al carbono con revestimiento de goma de 4–6 mm es el estándar: la goma absorbe el impacto de las partículas, tolera el cianuro y se repara en frío, ventaja real de seguridad en servicio con cianuro. El 316L sirve para servicios de baja abrasión —solución, reactivo, recipientes pequeños— y el dúplex 2205 justifica su prima en pulpas calientes o con cloruro alto.

Qué falla y cómo se corrige

1. Arenado del fondo. La corriente del agitador salta o cae, el ensayo del descargue se engruesa y hay ruido al rearrancar. Causa: potencia bajo el requisito de suspensión, densidad por encima del diseño o cola gruesa del circuito de molienda. Solución: restablecer densidad, verificar inmersión y velocidad contra curvas del proveedor y evaluar un impulsor de barrido de fondo antes de que la arena obligue a excavar.
2. Criba ciega o rota. Carbón que escapa a etapas posteriores o a relaves, o pulpa represada que desborda. Causa: aberturas obturadas por sobretamaño, plástico o madera, o panel fatigado. Solución: cribado de basura aguas arriba, rotación o contralavado programado y paneles de repuesto según la especificación de carbón.
3. Atrición excesiva. Finos de carbón en cribas y relaves, pérdidas de oro en finos y mayor reposición. Causa: velocidad de punta alta, superficies cortantes en cribas o demasiados ciclos de regeneración. Solución: acotar la velocidad, redondear y revisar superficies de contacto y seguir la generación de finos por ciclo como indicador permanente.
4. Baja eficiencia de etapa y cortocircuito. Perfil de oro disuelto plano entre etapas y adsorción muy por debajo de lo previsto. Causa: cortocircuito de pulpa, inventario insuficiente de carbón o reflujo por cribas mal selladas. Solución: verificar ensayos etapa por etapa, reponer 10–20 g/L y sellar los bypass.
5. Falta de oxígeno. Cinética más lenta que la predicha y DO bajo objetivo. Causa: mala distribución del aire, densidad alta o demanda química y biológica del mineral. Solución: rebalancear los cabezales de aireación, ajustar densidad y confirmar la demanda de oxígeno en compuestos frescos.
6. Desgaste y despegue del revestimiento. Zonas de acero expuestas, ampollas de goma y hierro en solución al alza. Causa: velocidad de punta o tamaño de sólidos fuera del servicio, o falla de adhesivo. Solución: levantamiento ultrasónico programado, parches de curado en frío y corrección de la condición de agitación que generó el patrón.
7. Fugas en sellos y prensaestopas. Sudado de pulpa en la brida del techo y aceite contaminado en el reductor. Causa: desgaste de caras, deflexión del eje por desbalance o desalineación tras mantenimiento. Solución: controlar la excentricidad en cada overhaul, rebalancear tras reparar revestimientos y migrar a sellos mejorados donde la fuga se repite.

Costo y energía

Las cifras son rangos típicos de nivel pre-factibilidad con supuestos explícitos; no son cotizaciones. En capital, el tren agitado suele estar entre los mayores ítems después de la molienda, y el costo escala con el peso de chapa, el torque y el número de cribas más que con el volumen: duplicar el diámetro cuadruplica el volumen pero más que duplica el acero y el accionamiento, y por eso la disyuntiva etapas-diámetro es una decisión económica real. Un tanque mediano revestido con agitador, accionamiento y criba suele ubicarse en los cientos de miles de dólares por unidad, solo como orden de magnitud.

En energía, con la clase de 700 m³ por tanque y 0.08–0.15 kW/m³, cabe esperar unos 2–5 kWh por tonelada tratada (30 h de residencia, 45% p/p). La aireación añade una carga moderada de compresor salvo que se elija enriquecimiento con oxígeno. En reactivos, NaCN de 0.25–0.6 kg/t y cal de 0.5–2.5 kg/t son envolventes comunes en minerales de molienda libre. La reposición de carbón activado, movida por atrición y pérdidas de regeneración, suele correr en decenas de gramos por tonelada y responde directamente a la disciplina de velocidad de punta y cribas.

La palanca de opex que más importa: como el tiempo de residencia se convierte directamente en volumen instalado, cada hora recortada del valor justificado por los ensayos ahorra chapa, potencia y cribas durante toda la vida de la planta.

Datos de campo: tren CIL de 2,500 t/d

El caso es un compuesto ilustrativo de práctica de diseño, con cifras redondeadas y anonimizadas, no de un cliente identificado. La planta trata 2,500 t/d de mineral de molienda libre en siete tanques de unos 715 m³ —9.5 m de diámetro y 10.5 m de altura de líquido—, de acero al carbono revestido y agitadores de doble accionamiento de 55 kW. A 45% p/p el caudal es de unos 166 m³/h, lo que da un tiempo medio medido de 29.6 h frente al objetivo de 30 h. La agitación instalada suma 385 kW, es decir 0.078 kW/m³ de volumen en servicio, y el tren consume cerca de 3.7 kWh por tonelada tratada.

Diseño de tanques de lixiviación agitados

En operación, el carbón se mantuvo en 14–16 g/L por tanque, con un inventario total cercano a 74 t; las cribas de 700 µm pasaron el caudal completo sin desbordes a la tasa de diseño. El oro disuelto cayó de más de 2 mg/L en la primera etapa a menos de 0.2 mg/L en la sexta, y la recuperación global, incluida la gravimetría, promedió cerca de 91%. La atrición, medida como finos generados por ciclo de adsorción, se mantuvo en 3–4% después de recortar la velocidad de punta al inicio del ramp-up: el ajuste más rentable del primer año.

Tres lecciones se generalizan: el control conservador de densidad, no el volumen extra, entregó el margen de diseño; el perfil de oxígeno, no la velocidad de agitación, fijó la velocidad de lixiviación en las tres primeras etapas; y las métricas de cribas y atrición anticiparon las pérdidas de carbón meses antes que las cifras mensuales de reposición.

Preguntas frecuentes

¿Qué tiempo de residencia debo diseñar?

Que lo decidan los ensayos, no los promedios del sector. Los ensayos de botella y agitados dan la curva de disolución; el CIL o el piloto añaden la adsorción. La mayoría de las plantas cae en 24–48 h, pero los minerales preg-robbing o de cinética lenta pueden necesitar bastante más. Un tiempo copiado de la planta vecina cuesta recuperación o capital durante toda la vida de la mina.

¿Cuántos tanques debe tener un circuito CIL?

Seis a ocho en serie es el óptimo práctico. Cada etapa adicional acerca el circuito al flujo pistón y recupera más por unidad de volumen, pero añade agitadores, cribas y altura. Por debajo de unas cinco etapas la penalidad cinética es significativa; por encima de diez, la recuperación incremental rara vez paga el equipo y el mantenimiento extra.

¿Por qué el acero revestido de goma es el material por defecto?

A pH 10.5–11.0 la pulpa con cianuro es poco corrosiva, así que la vida útil la gobierna la abrasión de la fracción arenosa. La goma absorbe el impacto, tolera el cianuro y se repara con parches de curado en frío, sin trabajo en caliente dentro de una instalación con cianuro. El inoxidable se reserva para servicios de baja abrasión y el dúplex para pulpas calientes o con cloruro alto.