Memoria Descriptiva

La presente solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente de Chile 202001458, presentada el 1 de junio de 2020, cuyo contenido se incorpora por referencia en su totalidad. Además, la presente solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente de Estados Unidos 17/066.247, presentada el 8 de octubre de 2020, cuyo contenido se incorpora por referencia en su totalidad.

La presente solicitud propone una composición acuosa que, mediante su aplicación en etapas estratégicas de los procesos de hidrometalurgia y pirometalurgia de metales, aumentando su eficiencia, que comprende: Una base acuosa, uno o más agentes tensoactivos, uno o más gases coadyuvantes de los procesos mencionados, agregados a ella en tamaño de nano burbujas y microburbujas, su método de obtención y procedimiento de aplicación.

Descripción

La presente solicitud promueve una composición acuosa que se aplica en los procesos estratégicos y de mayor impacto en la eficiencia de la hidrometalurgia y la pirometalurgia, como son: aglomeración, lixiviación de minerales, extracción por solventes, flotación, electro refinación y que, mediante su aplicación a ellos, aumenta su eficiencia.

La composición acuosa de la presente solicitud comprende: Uno o más agentes tensoactivos y uno o más gases coadyuvantes en los procesos de hidrometalurgia y pirometalurgia en los que se aplica, que están agregados a ella en estado de nano burbujas y microburbujas. Además, comprende que tanto los gases utilizados como las nano burbujas y las microburbujas de ellos, se encuentran en una proporción variable en función de los requerimientos fisicoquímicos de cada una de las etapas del proceso donde esta se aplique.

Estado del arte

Dentro las técnicas usadas para la extracción de metales valiosos, desde los minerales que los contienen como: Cobre, Zinc, Plata, Plomo, Oro, Uranio, etc., se encuentran los procesos de piro metalurgia y la hidro metalurgia. El uso de uno u otro sistema depende de las características mineralógicas de cada mineral.

La pirometalurgia es utilizada para el procesamiento de minerales sulfurados o que requieren la liberación de la especie por medio de una molienda, destacando las siguientes etapas:

Extracción

Chancado

Molienda

Flotación Espesamiento Fundición Electro refinación.

Luego de los procesos de extracción, chancado y molienda, el mineral sulfurado está en condiciones de ser tratado en la siguiente etapa de flotación. Esta consiste en poner en contacto el mineral finamente dividido por las sucesivas etapas de chancado, molienda seca, molienda húmeda y clasificación, con una solución acuosa a la que se le incorporan una serie de reactivos químicos.

En la mezcla de mineral y agua, se inyecta un flujo de aire, que genera una multitud de burbujas que se elevan hacia la superficie de la solución, con lo cual se obtiene que las partículas de mineral valioso se adhieren a la superficie de las burbujas, sea arrastrado por ellas y recolectado en la superficie de la solución para su posterior secado y fundición. La finalidad de este proceso es obtener desde el mineral triturado un producto intermedio denominado “Concentrado”, el que contiene una concentración de mineral valioso de entre 20 a 60 %, de acuerdo a la especie presente en el proceso.

El proceso de flotación abarca las siguientes etapas:

1. El mineral es molido húmedo en un promedio de aproximadamente 48 mallas (297 micrones), dependiendo del tipo de mineral.

2. La pulpa que se forma es diluida con agua y regulado su pH hasta alcanzar un porcentaje de sólidos en peso entre 25% y 45%.

3. Se adicionan pequeñas cantidades de reactivos, que modifican la superficie de determinados minerales.

4. Otro reactivo, específicamente seleccionado, se adiciona para que actúe sobre el mineral que se desea separar por flotación. Este reactivo cubre la superficie del mineral haciéndola aerofílica e hidrofóbica, denominado colector.

5. Luego se adiciona otro reactivo, que ayuda a establecer una espuma estable, el cual se denomina agente espumante.

6. La pulpa químicamente tratada en un depósito apropiado entra en contactos con aire introducido por agitación o por la adición directa de aire a baja presión.

7. El mineral aerofílico, como parte de la espuma, sube a la superficie, de donde es extraído. La pulpa empobrecida, pasa a través de una serie de tanques y celdas, con el objetivo de proveer tiempo y oportunidad a las partículas de mineral para contactar burbujas de aire y pueden ser recuperadas en la espuma.

El tamaño de partícula del mineral es un parámetro relevante en el proceso de flotación. En la literatura (Gaudin, et al., 1931 ; Morris, 1952) se puede encontrar diversos trabajos que reportan el efecto del tamaño de partícula en la recuperación del mineral valioso. Wyslouzil et al. (2009) indican que la eficiencia del proceso de flotación se ve impactada negativamente cuando se opera en los extremos.

Por ejemplo, en la flotación de minerales de fosfatos en celdas convencionales el rango óptimo de partícula suele estar en fracciones entre 45 pm y 150 pm. Para el caso del cobre, mencionado por Jameson (2013), quien indica que la recuperación de partículas mayores a 150 pm es deficiente cuando se utiliza celdas convencionales, a pesar de que dichas partículas pudiesen estar adecuadamente liberadas para ser flotadas. De acuerdo con las mejores prácticas de la industria, se concluye que el óptimo resultado se flota con partículas de un tamaño medio de 38 pm a 100 pm, con el fin de optimizar la recuperación del mineral valioso.

De acuerdo a lo anterior, un desafío importante en la etapa de flotación está relacionado dificultoso tratamiento de las partículas finas y ultrafinas (< 38 pm), las que, al no entrar en contacto con la superficie de las burbujas no es transportado, generando una enorme pérdida de recuperación de esta fracción de tamaño.

Data obtenida de la industria establece pérdidas puede estar entre un 20 a 80 % del mineral tratado, bajo esta fracción de tamaño, lo cual es muy importante para esta industria, considerando los elevados flujos másicos que son tratados en este tipo de planta concentradora. Por ejemplo, Minera Centinela tiene un procesamiento de 100.000 ton/día de mineral.

Junto a lo anterior, se presenta el fenómeno que cuando se procesan minerales de alta gravedad específica por ejemplo la galena, oro libre, casiterita, etc. y en minerales frágiles como la Molibdenita, se genera un fenómeno denominado “Lameo” cuando se procesa con una molienda fina, el cual no es posible recuperar por métodos convencionales. Experiencias de campo, han logrado demostrar que burbujas de menor tamaño favorecen la coalescencia de las partículas con la burbuja, generando un impacto favorable en la cinética y recuperación del metal valioso.

En la flotación de sulfuros de cobre a partir de mineral de cobre pórfido como: calcopirita, calcocita, enargita y covelina, con frecuencia se producen un problema de baja en la eficiencia en la flotación que es generado por el alto contenido de arcilla fina.

La presencia de esta arcilla fina produce como resultado un revestimiento de limo sobre las partículas de mineral, incluso cuando se utiliza agua dulce. Los minerales arcillosos, como la caolinita y la ilita, son minerales de ganga en estas minas.

En las flotaciones de sulfuro de cobre, independientemente del tipo de asociaciones sulfuros de cobre o del tipo de mineral de arcilla presente, éstas últimas, siempre se encontrarán presentes debido a que se liberan fácilmente durante el proceso de molienda.

El problema que representa la presencia de las arcillas se encuentra en la etapa de espesamiento, donde la separación de las arcillas es dificultosa, esto debido principalmente su pequeño tamaño de partícula y su carga eléctrica. Como resultado de lo anterior, las aguas utilizadas acumulan gran cantidad de finos y arcillas en suspensión que no lograron ser floculados o separadas respectivamente

Además, las partículas finas de arcillas dificultan flotación del mineral de cobre, debido al recubrimiento que generan sobre la superficie de los minerales valiosos.

El desplazamiento de limos de ganga hacia los concentrados también puede presentar problemas importantes de dilución de concentrados, así como requerir tiempos de residencia de flotación mucho más altos para asegurar una alta recuperación del mineral de cobre. En una planta donde la capacidad de flotación es fija, esto significa recuperaciones de cobre más bajas

Debido al envejecimiento de los yacimientos de minerales sulfurados, se deben tratar minerales cada vez más complejos, los cuales poseen elementos contaminantes que hacen difícil y de alto costo su procesamiento, lo que complica su comercialización. Uno de estos elementos es el arsénico. Este elemento es muy complicado de procesar por métodos pirometalúrgicos, debido a su impacto en el medio ambiente al ser tratado en la fundición.

Por lo anterior, los minerales sulfurados que contienen un mayor contenido de arsénico son tratados mediante un proceso especial denominado lixiviación agitada, En este proceso la solución lixiviante es agitada de forma enérgica se calienta a 60° C. Luego, se agrega un exceso de peróxido de hidrógeno para precipitar el arsénico (III), a arsénico (V). A este procedimiento se le denomina abatimiento de arsénico, puesto que no lo elimina, sino que, minimiza su impacto en las posteriores etapas.

La utilización del peróxido de hidrógeno en este proceso implica un enorme riesgo de accidentes, debido a que es de muy difícil manipulación y su almacenamiento y transporte conlleva un enorme riesgo de accidentes personales y contaminación ambiental.

Se han realizado una serie de estudios y desarrollos tendientes a poder lixiviar Concentrados de cobre y así evitar el proceso de fundición de concentrado. Para ello se busca que los componentes, que son principalmente sulfurados, reaccionen con una solución acuosa lixiviante y así poder obtener el metal en un proceso de electro obtención

Hiroyoshi, en el año 2000, postulo un modelo de reacción en dos etapas para la disolución de calcopirita promovida por hierro, primero la calcopirita es reducida por los iones ferrosos en presencia de iones cúpricos para formar calcosina, luego la calcosina es oxidada (más fácilmente que la calcopirita) por el oxígeno disuelto o iones férrico para formar iones cúpricos y un producto de azufre elemental insoluble.

Lo que a su vez se aprecia en la práctica en la lixiviación de otros sulfuros primarios de cobre como la bornita que primero pasan por una disolución de cinética relativamente alta formando idalita, la cual vuelve a oxidarse, esta vez con la velocidad más lenta (similar a la covelina) para formar calcopirita y azufre elemental, como se representa a continuación.

Cu ₅ FeS ₄ + 4Fe ⁺³ ®· Cu ₃ FeS ₄ +2Cu ⁺²

En el año 2005, G Fuentes, en la revista de metalurgia, Madrid 41 (384-392), se hace referencia a la lixiviación de concentrados de cobre mediante cloro-complejos cúpricos, generados in situ por la reacción entre el Cu (II) procedente del cobre soluble del concentrado y cloruro de sodio en medio ácido. Los resultados experimentales indican que es posible obtener disoluciones con contenidos de cobre entre 15 y 35 g/l y de 2 a 5 g/l de acidez libre, con características adecuadas para entrar a la etapa de extracción por solventes. El procedimiento utiliza, solo, reactivos comunes y de muy bajo costo, como NaCI y ácido sulfúrico diluido. La ventaja de este procedimiento consiste en recuperar, a muy bajo coste, la totalidad del cobre soluble y entre 10 y 15% del cobre de sulfuros. Posteriormente experiencias con Ozono fueron realizadas por Carrillo-Pedroza et al (2010) en calcopirita, donde estudiaron el uso de este elemento en un sistema de ácido sulfúrico/férrico, para lo cual se realizaron test isotérmicos agitados a 25°C, sobre una muestra de mineral de ley de 0,7 %, la cual fue dividida en fracciones pequeñas de tamaño y lixiviada con una solución de 0,1 -0,5 M de H ₂ S0 ₄ y 0-0,5 M de Fe ⁺³ . Los resultados mostraron una reducción en los tiempos de lixiviación y un aumento del 16 % en la extracción, haciendo notar que no hubo un consumo de d =3 por parte de la ganga y que la lixiviación fue menos efectiva en fracción de tamaño. En este sistema, el mecanismo se representa con la siguiente reacción.

En la revista Remetallica, 2017, Vol. 33 / N ^e 21 / Pag 41 -49, de hace referencia a un estudio denominado “Evaluación del uso de peróxido de hidrogeno y surfactante catiónico ctab ((Bromuro de bexadeciltrimetiíamonio CAS 57 09 0) en la lixiviación de un concentrado de cobre en medio ácido”, llegando a buenos resultados con concentrado de cobre calcopirítico. Existe una relación directa la cantidad de peróxido de hidrogeno adicionado y la recuperación, alcanzando un valor de 44 % con 2,8 M de Peróxido y 2,5 M de ácido sulfúrico y tamaño fino de concentrado. Este valor se eleva al adicionar un surfactante a una concentración de 4,108 mM de CTAB, alcanzando un valor de 65 % de recuperación.

Actualmente en Chile se está desarrollando un proyecto denominado "Lixiviación de concentrados", (Resolución Exenta N ^e 0276/2017), el que consiste en la Construcción y operación de una Planta de Lixiviación de Concentrados (PLC) en autoclave, con una capacidad de 220 ktpa, a 28 bar de presión y 220 °C de temperatura, cuyo objetivo será procesar concentrados de cobre con contenido de arsénico y polvos de tostación, cuyo proceso produce una recuperación de cobre, generando un PLS rico en cobre y un residuo arsenical.

La operación normal de la autoclave considera la alimentación de pulpa en forma continua al primer compartimiento desde el estanque de almacenamiento y alimentación, mediante bombas de alta presión a un flujo de 45 ton/h. Para promover las reacciones de disolución del concentrado en el interior de la autoclave se inyecta oxígeno de alta pureza (99,5%) a una sobrepresión de 500 kPa (72 PSI) en forma controlada en cada uno de los compartimientos (consumos estimados de 174.210 toneladas de Oxigeno se requieren para este proceso en forma anual).

El tiempo de residencia de la autoclave es entre 45 y 60 min. Lo anterior, de acuerdo con su declaración, indica que el proceso de lixiviación en autoclave alcanza una recuperación de cobre ³ 98,7 % y un abatimiento de arsénico ³ 85 %.

Las reacciones químicas dentro del autoclave son exotérmicas generando una gran cantidad de calor, haciendo necesario inyectar constantemente agua de enfriamiento en los distintos compartimientos para mantener y controlar la temperatura en 220°C.

El concentrado de cobre obtenido de la etapa de flotación es fundido en hornos a elevada temperatura, donde se obtiene un metal de pureza de aproximadamente 99,5 %. Producto de este proceso, se eliminan impurezas y metal valioso en el proceso, que son capturados por los sistemas de colección de partículas que contienen están fundiciones, colectando las partículas que contienen el metal valioso y también contaminantes como, por ejemplo: cobre, plata, arsénico, bismuto, níquel, etc.

Estos son capturados por dispositivos de filtración y trampas que capturan estos elementos para su posterior aprovechamiento, de lo cual se obtiene un producto denominado “Polvos de Fundición”. En el caso del cobre, por ejemplo, se someten principalmente a un proceso especial de lixiviación agitada, donde el cobre es liberado y se obtiene una solución de PLS (pregnant leaching solution).

En este proceso, los polvos de fundición se ponen en contacto con una solución acuosa ácida o electrolito con temperatura y se agrega peróxido de hidrógeno, a fin de la solución logre lixiviar los polvos metálicos, lo que dificulta y encarece notablemente el proceso, esto porque el peróxido de hidrógeno es de difícil manipulación y conlleva un enorme riesgo de accidentes personales.

El proceso final de la Pirometalurgia corresponde a la electrorefinación, la cual utiliza la electrólisis como un medio para lograr la purificar el metal obtenido de la fundición. El metal a refinar se dispone en forma de placas anódicas, en celdas o cubas que contienen un electrolito que contiene preferentemente ácido sulfúrico y sulfato de cobre para el caso del cobre y además de cátodos se utilizan placas madre o láminas iniciales, que producto del paso de la corriente, desde una fuente eléctrica, el metal se deposita en el cátodo, quedando las impurezas contenidas en los lodos anódicos que se forman en el fondo de las celdas.

La electrorefinación es un proceso muy similar a la galvanotécnia o galvanoplastia, la cual utiliza los principios de la electrólisis para depositar un metal sobre otro. En los inicios de la galvanotecnia se utilizaban aditivos reguladores del depósito como, tiourea, goma guar, colapez entre otros agentes químicos. Debido a que en la galvanotecnia los requisitos de terminación y propiedades del depósito son muy exigentes, se desarrollaron diferentes agentes reguladores del depósito como por ejemplo los derivados del ácido bencil sulfúnico y benzoico. Esto ha permitido el desarrollo de esta técnica. Actualmente se pueden controlar cualidades como, el brillo superficial, tensión interna, dureza y homogeneidad de los depósitos.

En los procesos de galvanotecnia es muy usado el procedimiento de cobrizado brillante o cobrizado ácido, donde se utiliza un electrolito que contiene 220 gramos por litro de sulfato de cobre y 33 centímetros cúbicos por litro de ácido sulfúrico. Para regular las cualidades del depósito se agregan diferentes aditivos como los ya mencionados, los cuales actúan como refinadores de grano o abrillantadores, con lo que se obtiene un depósito liso, homogéneo y brillante. Este proceso es muy similar al de electro obtención y electro refinación, puesto que comprenden los mismos elementos y condiciones de operación.

Hasta fines de los años ochenta, para solucionar los problemas de pasivación de los ánodos principalmente niquelado y en el cobrizado brillante, se disponían en el fondo de los estanques y bajo los ánodos una serie de tuberías perforadas mediante las cuales se inyectaba aire al sistema. En la práctica esto solucionaba el problema de pasivación, al agitar la solución y de aporta una mayor cantidad de oxígeno disuelto, generando el desprendimiento del lodo anódico que recubre al ánodo pasivado. Por otro lado, también disminuía la formación de estos lodos y los baños de cobrizado que utilizaban aire para agitación permanecían una mayor cantidad de días sin requerir filtración de borras anódicas. A pesar de lo anterior, esta técnica de agitación por aire se dejó de usar debido principalmente a dos inconvenientes que esta presenta: El aire que se inyectaba con un soplador a temperatura ambiente, generaba un enfriamiento del electrolito, además de adicionar impurezas presentes en el aire atmosférico, que se acumulaban en el electrolito, contaminándolo.

Junto a lo anterior, los baños de cobrizado ácido se hace muy dificultosa la operación, debido a que se presenta el fenómeno de pasivación anódica, por lo que los ciclos de trabajo deber ser breves, luego de una a dos horas de cobrizado se debe dejar reposar, para que la capa de pasivación del ánodo se desprenda del ánodo y decante, luego de lo cual puede reiniciarse el trabajo.

La refinación electrolítica presenta el desafío de la pasivación anódica, debido a las contaminaciones que están presente en los ánodos, por ejemplo, los ánodos de cobre, donde estos se pasivan principalmente por el contenido de oxígeno que contiene estos en su interior al momento del moldeo y otros metales, los cuales, al estar presente, generan como óxido cuproso, fomenta la pasivación y la formación de lodo anódico. El óxido cuproso tarda más tiempo en reaccionar con el electrolito.

Lo anterior, implica consumos de energía elevados, que provocan una baja eficiencia de corriente en las naves de electro refinación y un aumento de la formación de lodo anódico, que provoca incrementar la frecuencia de limpieza de las celdas o desborre. Para realizar este proceso, se debe detener el trabajo de las celdas por varios días y retirar el lodo anódico desde el fondo de cada celda, junto a implicar serios riesgos de accidentes personales.

El proceso de la hidro metalurgia es utilizada para el procesamiento de minerales principalmente óxidos, mixtos y sulfuros y sus principales etapas de procesamiento son:

Extracción, chancado, aglomeración, lixiviación, extracción por solvente y electro obtención

Luego de la extracción y chancado des sometido al proceso de aglomeración que tiene como objetivo preparar el material mineralizado para el proceso de lixiviación, garantizando un buen coeficiente de permeabilidad de la solución lixiviante. Este proceso se realiza mediante un equipo denominado “Tambor Aglomerador”, el cual que consiste en un equipo con forma tubular que rota sobre su eje y en el interior del cual mezclan el mineral, agua y ácido sulfúrico. De este modo se logra que el mineral chancado, se aglutine, formado una estructura esférica denominado “Glomero”, compuesto por partículas gruesas y finas unidas entre sí.

Posteriormente en la etapa de lixiviación el mineral aglomerado es transportado y acumulado en zonas denominadas “Pilas”, en donde se pone en contacto el mineral con una solución acuosa denominada solución lixiviante, la que contiene un ácido que reacciona con el mineral, de este modo el metal valioso presente forma iones con el ácido y enriquece la solución, la que posteriormente es sometida al proceso de electro depositación u otro proceso para obtener el metal valioso.

Existen diferentes tipos de lixiviación para los diferentes minerales, las cuales se agrupan en: a.- Lixiviación in situ: Se aplica directamente sobre el mineral en el lugar del yacimiento sin someterlo a labores de extracción minera alguna. b.- Lixiviación en botaderos: Esta consiste en procesar minerales de baja ley, esto son principalmente, sulfuros primarios y secundarios con leyes sub-marginales, sin someterlos a una reducción de tamaño y en lugares disponibles para grandes acopios. c.- Lixiviación Bateas inundadas: Corresponde a una técnica usada principalmente para minerales oxidados que presentan una rápida liberación de cobre, cuando son sometidos a un proceso de inundación y flujo en contracorriente. d.- Lixiviación por agitación: Se utiliza para minerales que no pueden ser lixiviados por métodos tradiciones, debido a sus características, realizando esta operación en forma continua o batch, por medio de una agitación del mineral. e.- Lixiviación con Presión: Es una técnica que por medio de la modificación de la presión permite alcanzar temperaturas elevadas, en sistemas batch denominados autoclaves, los cuales permiten modificar la velocidad de la reacción. f.- Lixiviación en pilas: Esta corresponde a la técnica convencional más usada, donde el mineral es chancado a un tamaño objetivo, para luego aglomerar y comenzar con un proceso de humectación y riego. Esto se utiliza principalmente para minerales oxidados, pero también es utilizado para sulfuros primarios, que puedan estar presentes, donde se utilizan una lixiviación química o con ayuda de microorganismos, dependiendo de la definición de la empresa minera.

En los diferentes tipos de lixiviaciones, la adición de aire es esencial a estos procesos, donde está la necesidad de mantener una uniforme distribución de oxígeno, debido a existencia de una lixiviación bacteriana y/o lixiviación acida, la cual puede ser considerada como un proceso de oxidación bioquímica que es catalizado por la presencia o no presencia de microorganismos en el ion ferroso, lo cual está representado de la siguiente forma.

La oxidación del ion ferroso es posible principalmente por el oxígeno molecular presente en el sistema, el cual se descompone entregando electrones que permiten esta oxidación del ion férrico.

En el caso de minerales de cobre, por ejemplo, se puede indicar que la importancia del oxígeno disuelto en la solución se encuentra representada con las siguientes ecuaciones, donde el observa que el oxígeno ayuda a los sulfuros a la oxidación del ion sulfuro y también al ion ferroso, ayudando de esta forma a la liberación de la especie valiosa de cobre. Ecuaciones que representan este fenómeno:

Estas ecuaciones se puedes extender a otros minerales como el uranio, zinc, plata, oro, níquel, cobalto, entre otros, donde se requiera de oxígeno para el desarrollo de sus respectivas cinéticas de lixiviación.

Los minerales que son procesados con métodos denominados “Lixiviación Bacteriana”, poseen diferentes especies de bacterias, de acuerdo con lo establecido por Juan Manuel Sánchez en su estudio. Se establece que estas obtienen su energía de crecimiento por la oxidación de compuestos reducidos de azufre, tiosulfatos y azufre elemental, incluyendo la que oxidan el ion ferroso a férrico y una amplia gama de sulfuros metálicos a sulfatos solubles.

Además, establece que se requiere de fuentes de carbono, las cuales se pueden satisfacer por la fijación de CO2, obteniéndolo desde la atmósfera. Las bacterias tienen además la capacidad de fijar N atmosférico y otras formas inorgánicas de nitrógeno, como amonio y nitrato.

El proceso más utilizado corresponde a la lixiviación de minerales se lleva a cabo en pilas de lixiviación, que consisten en grandes acumulaciones de mineral triturado, donde se agregan la solución lixiviante. Esta consiste en una solución acuosa de un ácido. El tipo de ácido y su proporción depende de factores como: especie de mineral, granulometría, contenido de metal valioso, etc. El proceso de lixiviación con ácido sulfúrico es el más usado. Las pilas presentan generalmente forma piramidal de uno o más niveles, con dimensiones aproximadas de 100 x 500 metros de base y 20 a 30 metros de altura por cada nivel.

La solución lixiviante se acumula en piscinas o estanques, desde donde es bombeada y son enviadas hacia la zona superior de nivel de las pilas. Esto se logra mediante una red que comprende ductos de diferente diámetro y una multitud de aspersores o goteros. De este modo la solución lixiviante se distribuye por gravedad, hacia la zona inferior de la pila, donde se produce el fenómeno de transferencia del metal valioso, por el proceso de la lixiviación. Luego la solución lixiviante es recolectada por canales y ductos ubicados en la base de cada pila y trasladada a los procesos siguientes de extracción por solvente y electrólisis. Para aumentar la eficiencia de la etapa de lixiviación, a las pilas se han incorporado en su base y otros sectores de cada nivel, una o varias redes de ductos y tuberías para la inyección de aire forzado. Estas redes son independientes de la red de distribución de solución lixiviante y son dispuestas de modo que inyecten aire atmosférico a la pila. Este sistema utilizado por mucho tiempo por la industria presenta una baja eficiencia en la transferencia del oxígeno presente en el aire a la pila, lo cual genera enormes pérdidas económicas y productivas para la industria de la minería y obliga a estas a disponer una cantidad mayor de mineral en las pilas para alcanzar sus requerimientos de producción, con un importante costo económico y medio ambiental.

En este procedimiento convencional, el oxígeno presente en el aire debe disolverse en la solución lixiviante de la siguiente forma:

Al finalizar la vida útil de una pila, las empresas retiran desde la parte superior de los circuitos de distribución la solución lixiviante para su reutilización. Luego se procede a desarmar la pila de lixiviación y la mayor parte de los ductos de aireación que está en ella, son maltratados o destruidos y no es posible su posterior reutilización, convirtiéndose en un residuo peligroso.

Actualmente esta técnica de ventilación forzada no soluciona el problema de la baja transferencia desde el mineral hacia la solución lixiviante, por factores como los siguientes:

- Los equipos e instalaciones requeridos para la inyección de aire en las pilas de lixiviación son complejos y costosos de operar, debido a su instalación, operación y su mantención.

- La distribución del aire al interior de la pila no es homogéneo, debido a que el aire inyectado sólo representa una parte del oxígeno requerido por la solución lixiviante y la otra parte escapa de la pila por los intersticios del mineral hacia afuera.

-Los minerales a lixiviar suelen presentar diferentes composiciones y características físicas y químicas como tamaño de la partícula, permeabilidad, estado de oxidación, lo cual implica una masa de mineral no uniforme, lo cual dificulta la transferencia y además de no poder controlar la transferencia de oxígeno desde la fase gaseosa al mineral.

- El contenido de oxígeno a nivel del mar en el aire es de 20,85 %. Estas operaciones mineras trabajan generalmente a alturas geográficas sobre 2500 msnm, lo cual produce una disminución de presión atmosférica, implicando una disminuye de la proporción del oxígeno disponible en la atmosfera.

Es muy importante para la eficiencia de los procesos de lixiviación, el control y gestión sobre la presencia de oxígeno disuelto en la solución, puesto que el este gas contribuye a la oxidación de la especie de valor. Cuando se aumenta la cantidad de oxígeno presente disponible o disuelto, aumenta también las velocidades de los procesos de lixiviación, obteniendo mayor cantidad de metal valioso. Por el contrario, la falta de oxígeno provoca que no todo el metal se logre lixiviar y termina en los botaderos al terminar su vida útil. Se define como oxígeno disuelto (OD), como la cantidad de oxígeno gaseoso que está disuelto en el agua. El oxígeno libre es fundamental para la vida de los peces, plantas, algas y otros organismos. Esto se logra por difusión del aire del entorno, la aireación del agua que ha caído sobre saltos o rápidos y como un producto de desecho de la fotosíntesis.

Entre los factores que afectan los niveles de oxígeno disuelto en lixiviación de minerales se encuentra la temperatura de la solución, presión atmosférica y la altura geográfica. Para el agua a nivel del mar el valor puede variar de 8 a 10 mg/l. Este también se puede expresar en términos de porcentaje de saturación de modo de tener una herramienta de comparación. El porcentaje de saturación es la lectura de oxígeno disuelto en mg/l dividido por 100% del valor del oxígeno disuelto para el agua a la misma temperatura y presión del aire

La presencia o ausencia de oxígeno, permite controlar el parámetro denominado “Potencial Redox”, lo cual se expresa en [mV/ENH], lo cual es una técnica ampliamente utilizada en la lixiviación de sulfuros, ya que también controla los reductores del mineral y los estados de oxidación del fierro en la lixiviación de óxidos y así define los compuestos secundarios que ellos forman.

De acuerdo con las especies y sus fracciones se requiere de una combinación adecuada de los gases como: oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, óxido nitroso, aire, etc. ya que tienen un importante papel en las reacciones cinéticas que suceden al interior de la pila.

En el proceso de extracción por solvente, la solución resultante del proceso de lixiviación es traslada hasta el proceso denominado de extracción por solventes (SX), la cual corresponde a un procedimiento de concentración para extraer selectivamente, por ejemplo, el cobre contenido en esta solución rica que contiene impurezas, mediante el intercambio iónico entre la fase acuosa (solución rica) y el reactivo orgánico. Este reactivo es capaz de cargar y posteriormente descargar el cobre en una etapa posterior del proceso a una solución de alta pureza y concentración de cobre y ácido, formando un electrolito apto para ser electrodepositado en las plantas de electrodeposición (EW). Los minerales recuperados por esta tecnología son principalmente cobre, cobalto, níquel, platino, zinc, entre otros.

Debido a las características y propiedades físicas del extractante orgánico, se generan dos importantes problemas pérdidas en este proceso denominadas “Arrastres de Orgánico” y “Arrastres Acuosos” respectivamente, de acuerdo con el elemento predominante al momento de mezclar las dos fases inmiscibles.

Estos arrastres generan importantes pérdidas en la calidad del producto final y económicas en el proceso, debido a la contaminación de los cátodos, por ejemplo, en la industria del Cobre, se estima un promedio de las pérdidas en un índice de 2 kilos de fase orgánica por tonelada de cátodos de cobre producido. Producto de lo anterior, algunas de estas plantas utilizan una parte de proceso con celdas denominadas como celdas de sacrificio.

Debido a que estas celdas son las que están más cerca de la entrada del electrolito proveniente de la extracción por solvente, en ellas se acumula la mayor parte de esta contaminación y de esta forma es minimizado el problema al interior de las plantas de electro obtención. El metal obtenido en estas condiciones presenta una física química de menor calidad, debido a dicha contaminación evita la deposición homogénea del metal y contamina la superficie de éste, al momento de su cosecha. Todo el metal obtenido en estas celdas es descartado por los controles de calidad, como rechazo, realizando su comercialización metal de bajo valor o simplemente como chatarra.

En este proceso, que existen diferentes equipos, etapas y procedimientos que permiten lograr la disminución de estos arrastres: a.- Las columnas de Flotación que corresponden a cilindros horizontales en los cuales inyectan al electrolito, burbujas de aire atmosférico, de un tamaño medio de (300 micrones) y en una densidad, que permite capturar los arrastres de orgánico presentes. La característica principal de este equipo es que permite tratar elevados flujos de solución. b.- Las piscinas de recuperación de orgánico donde se instalan diferentes equipos que permiten una recuperación mecánica del orgánico que ubica por su baja densidad flota en la zona superior de la solución. Entre estos se destacan cintas giratorias de polipropileno, bombas neumáticas, mallas, etc., que permiten capturar el orgánico disponible en la superficie.

En el caso de la eliminación de la contaminación del extractante producida por el Ion cloruro proveniente de minerales como la atacamita (Cu2CI(OH) ₃ ), el proceso de descontaminación comprende una o más etapas de lavado del orgánico con agua, esto implica enormes costos económicos y medio ambientales porque estos los procesos actuales, ya que es un elemento de alto costo en faena y cada vez más escaso.

Otro procedimiento es la filtración de soluciones la técnica de filtración que consiste en pasar el electrolito por filtros rellenos con sílice, granate y antracita, para contener estos arrastres, el cual ha demostrado en el tiempo, de ser poco eficaz. Esto por factores como: Los insumos son de alto costo, no permiten recuperar el extractante para su uso, el extractante queda descartado como residuo contaminante.

Actualmente existe la tecnología de transferencia de un gas a un líquido por medio de la generación de nano burbujas (NB) y microburbujas (UFB), las que consiste en el uso de burbujas de tamaño muy reducido y con características muy especiales, la cual se ha consolidado rápidamente en otras industrias como el tratamiento de residuos domiciliarios, acuicultura, agricultora, entre otros.

Las nano burbujas (NB) o las ultrafinas (UFB) son burbujas de gas cuyo tamaño es inferior a 1 micrón (pm). La comparación más parecida es de una moneda de $10 comparada con la torre Eiffel y pueden permanecer hasta varios meses disueltas en el agua y son invisibles a simple vista, para lo cual se requiere equipamiento especializado.

De acuerdo a la norma ISO 20480-1 , se define como nano burbujas o ultrafinas las que tienen un diámetro inferior a 1 micrón y las microburbujas cuyo tamaño es inferior a 100 micrones.

El tamaño de las burbujas que se observan en la vida cotidiana, como en las bebidas gaseosas o Champagne, es superior a 100 micrones y le entrega la flotabilidad y luego colapsar en la superficie. Las nano burbujas y las microburbujas tienen importantes propiedades que las diferencian enormemente de las burbujas de tamaño convencional, entre las que se destacan:

• Larga vida útil estable en liquido: Estas pueden permanecer disueltas en el agua por hasta 6 meses.

• Carga negativa (potencial zeta). Desinfecta el agua, pues al colapsar las nano burbujas liberan suficiente energía para destruir las membranas celulares de virus y bacterias que son atraídas a esta. · Flotabilidad de la Burbuja: La capacidad de flotar de las burbujas es inversamente proporcional a su tamaño, por lo que una que presente un tamaño de 1 micrón tiene una velocidad de ascenso de 0,544 pm/s. Como se muestra en la tabla 1 :

Tabla 1 Presión interior burbuja: Al disminuir el tamaño de la burbuja, se observa un incremento de la presión al interior de ella, llegando a los impresionante 29,7 atm para un tamaño de 100 nm.

Tabla 2 · Alta solubilidad del gas en el líquido. Debido a su alta presión interna de las nano burbujas, hace que sus tasas de transferencia de gas a líquido sean extremadamente altas en comparación con las microburbujas. Por ejemplo, un mililitro de nano burbuja contiene 1 .000 veces más superficie que un mililitro de una microburbuja. Las impresionantes propiedades mencionadas de las nano burbujas y microburbujas pueden ser mejoradas con la adición de un agente surfactante o tensoactivo. Estas son sustancias que modifican la relación entre dos superficies, variando la tensión superficial entre las fases en contacto. Cuando los surfactantes se disuelven en agua se concentran en interfaces como: agua-aire, agua-aceite o mineral- solución lixiviante.

La función de estos aditivos es ayudar a la humectación, solubilización, y dispersión de los sólidos en un medio acuoso. Dependiendo del tipo de aditivo tensoactivo o surfactante usado,

IB se puede favorecer o impedir la formación de espuma; también dan brillo y afectan a ciertas propiedades reológicas de las soluciones.

El impacto de un surfactante se mide con la tensión Superficial. Esta puede describirse como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie por unidad de área. La principal razón a la que se debe este fenómeno está basada en el hecho de que las fuerzas que afectan cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie, así en la cavidad de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan, permitiendo de esta manera que dicha molécula adquiera baja energía. Se adjunta el comportamiento de la tensión superficial de un tensoactivo de origen natural denominado Saponina de Quillay.

Tabla 3

Esta disminución en la tensión superficial de un líquido impacta en un fenómeno denominado la mojabilidad, el cual es definido por la afinidad entre un líquido y un sólido. Las fuerzas de adhesión y cohesión entre estas fases determinan el ángulo de contacto, de tal manera que, si las fuerzas de adhesión son mucho mayores que las de cohesión, se dice entonces que el líquido moja al sólido y el ángulo de contacto entre el líquido y la superficie sólida es menor a 90°, para el caso contrario en que las fuerzas de adhesión sean mucho mayores que las de cohesión se dice que el líquido no moja al sólido y el ángulo de contacto es mayor a 90°. La presencia de un agente surfactante en una interfase produce en general un cambio de la tensión, variando la mojabilidad del líquido sobre el sólido.

De acuerdo a experiencias realizadas por Kennecott Copper Corporation en su patente, la adición de una cantidad efectiva de uno o más tensoactivos a la fase acuosa de los lixiviantes desarrollaron burbujas del rango de tamaño deseado y una coalescencia de burbujas sustancialmente reducida. Con un surfactante, el tamaño de las burbujas está dentro del rango de 0,1 a 0,5 mm (lixiviante a presión atmosférica). Sin un surfactante, los lixiviantes de dos fases producidos bajo condiciones idénticas tienen un rango de tamaño de burbuja de 1 ,0 a 1 ,5 mm, de acuerdo a su experiencia.

Por todo lo anterior, queda claro que, en todas las etapas y procesos mencionados, es de vital importancia la presencia de los gases que facilitan o hasta son parte del resultado final. Estos gases deben estar en la cantidad y proporción adecuada para lograr la máxima eficiencia de los procesos. La presente solicitud promueve una novedosa composición que, mediante su aplicación, aumenta de modo importante la eficiencia de estos procesos, debido a que permite un mayor control de la cinética de cada uno de ellos.

Para la redacción de la presente solicitud se investigó el estado de la técnica en la industria minero-metalúrgica del país y de la industria de la galvanotécnia y recubrimientos metálicos, recopilando información existente en el ámbito teórico y práctico, diferentes empresas y talleres de fundición, cromado, bisutería, durocromado y galvanizado.

En la búsqueda del estado del arte referente a la presente solicitud, las más cercanas encontrado son:

La solicitud nacional 201701589 describe un método para recuperar cobre u otro metal. https://patents.justia.com/patent/4360234

Describe un dispositivo para producir burbujas finas en una solución lixiviante de tamaño superior a las nano burbujas. https://patents.google.com/patent/US5250273A/en

Describe un procedimiento de lixiviación https://patents.justia.com/patent/4664680

Describe un procedimiento de oxigenación del agua https://patents.justia.com/patent/4664680

Describe un dispositivo para obtener nano burbujas http://www.freepatentsonline.com/y2017/0259219.html

Describe un dispositivo generador de nano burbujas

Bibliografía y Links de interés

Metal finishing handbook edición 1972 página 272

Slime coating of kaolinite on chalcopyrite in saline water flotation, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, Volume 25, Number 5, May 2018, Page 481 . https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf https://es.slideshare.net/KenNPooL/aglomeracin https://ecometales.cl/operaciones-y-proyectos/lixiviacion-de -concentrados-de-cobre-plcc https://www.terram.cl/2017/06/alta-presencia-de-arsenico-afe cta-negocio-del-concentrado- de-cobre/ http://bibliotecadigital.ciren.cl/bitstream/handle/123456789 /6825/CONAMA-

HUM0863_v2.pdf?sequence=1 &isAllowed=y https://www.acniti.com/es/blog/las-personas-inteligentes-hab lan-burbujas-innovacin-de-agua/ https://www.acniti.com/es/tecnolog%C3%ADa/que-son-burbujas/ https://www.acniti.com/es/tecnolog%C3%ADa/iso-burbujas-finas / https://www.acniti.com/es/tags/ox%C3%ADgeno-disuelto/ http://eeer.org/journal/view.php?number=971 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004565351 1006242#! http://www.ultrafb.cl/ file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/Tesis_Efecto_de_la_reacci on_en_las_pilas_de_biolixiv ¡ación.. lmage.Marked%20(1 ).pdf file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/Tecnicas_Lixiviaci%C3%B3n _en_Pilas_HIDROPROC ESS.2013%20Terral%20(1).pdf http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/marquezronald/wp-con tent/uploads/fundamentos- teoricos.pdf

Descripción de la Invención

La presente solicitud divulga una composición acuosa que se aplica en los procesos estratégicos y de mayor impacto en la eficiencia de la hidrometalurgia y la pirometalurgia, detallados en la siguiente lista y diagrama de flujo mostrado en la lámina 5/5.

Flotación de minerales

Lixiviación de minerales con alto contenido de arsénico Lixiviación de polvos metálicos de fundición Electro refinación.

Lixiviación de minerales en pilas Extracción por solventes Lixiviación de concentrados

La composición de la presente solicitud comprende: Uno o más agentes tensoactivos y uno o más gases coadyuvantes en los procesos de hidrometalurgia y pirometalurgia en los que se aplica, que están agregados a ella en estado de nano burbujas y microburbujas. Además, comprende que tanto los gases utilizados como las nano burbujas y las microburbujas de ellos, se encuentran en una proporción variable en función de los requerimientos fisicoquímicos de cada una de las etapas del proceso donde esta se aplique.

Mas específicamente la presente invención divulga una composición acuosa que aumenta la eficiencia en los procesos hidro metalúrgicos y pirometalúrgicos de extracción de metales como: cobre, zinc, oro, uranio, plata, níquel que comprende: agua, al menos un agente tensoactivo y uno o más gases que son coadyuvantes de estos procesos, en estado de nano y microburbujas. En la presente invención el agua puede ser agua potable, agua industrial, agua de mar, una solución lixiviante o mezcla se las anteriores.

En la presente invención de modo preferente el agente tensoactivo es saponina y se usa en un rango entre 0,1 ppm y 30 ppm.

En otra modalidad de la presente invención el agente tensoactivo puede ser de los grupos: compuestos hidrocarbonados, fluorocarbonado o mezclas de estos.

En la presente invención el tamaño de las nano burbujas está en un rango de entre 1 nm y 1 pm.

En la presente invención de modo preferencial el tamaño de las nano burbujas es de 100 nm

En la presente invención el tamaño de las microburbujas está en un rango de entre 1 pm y 100 pm.

Además, la presente invención divulga un proceso para aplicar la composición acuosa divulgada anteriormente:

El proceso comprende las siguientes etapas: a) conectar una fuente proveedora de los gases a inyectar con la generadora de nano y/o microburbujas; b) seleccionar la proporción de gases a inyectar; c) activar la fuente productora de nano burbujas y microburbujas; d) conectar la fuente generadora de nano burbujas y microburbujas a un ducto que transporta la solución lixiviante hacia la pila de lixiviación un estanque de solución; e) agregar la composición de nano burbujas y microburbujas al estanque que contiene el agua o al estanque que contiene la solución lixiviante.

Además, la presente invención divulga el uso de la composición acuosa divulgada anteriormente en procesos tales como: flotación de minerales, lixiviación de concentrados, flotación de minerales arcillosos, lixiviación de minerales arseniosos, lixiviación de polvos metálicos, lixiviación agitada de minerales, electro refinación, aglomerado, lixiviación en pilas y extracción por solventes.

Las nano burbujas y microburbujas, de la composición propuesta, permiten aumentar de modo importante las propiedades fisicoquímicas de estos gases como: velocidad de flotación, poder oxidante, poder reductor, área de contacto aportado y velocidad de coalescencia.

Los gases que se pueden consideran coadyuvantes de los procesos de hidro metalurgia y piro metalurgia son: oxígeno puro, ozono, dióxido de carbono, nitrógeno, óxido nitroso, aire, helio, argón o cualquier otro gas o mezcla de ellos, que, por sus propiedades físicas o químicas, favorezcan la cinética de dichos procesos.

En la presente invención más específicamente los gases coadyuvantes se seleccionan entre: oxígeno, ozono, aire, dióxido de nitrógeno, argón, nitrógeno, helio, dióxido de carbono o mezclas de estos. En el proceso de flotación de minerales la composición propuesta permite mediante su aplicación, la recuperación de las partículas de mineral valioso de tamaño fino y ultrafino, el que actualmente no es recuperado por las burbujas de tamaño convencional, evitando así la pérdida de esta valiosa fracción y evitando también que éste sea descartado en tranques de relave, con el consiguiente aumento en la contaminación ambiental que ello implica.

Al ser incorporadas la composición de nano burbujas y microburbujas, éstas aportan mayor área de contacto o superficie para la captura de las especies valiosas y debido a su tamaño, se distribuyen en todo en volumen de la solución de flotación que está entre las burbujas convencionales. De este modo capturan en su superficie las partículas de mineral fino y ultrafino que no ha sido recuperado por las burbujas convencionales.

Las nano burbujas y microburbujas cargadas de mineral coalescen con las burbujas de tamaño convencional y suben por la columna de agua hasta la superficie donde es recolectada.

Para favorecer la flotación de los diferentes tipos de mineral y cubrir sus diferentes propiedades físicas como peso específico o presencia de estériles y dimensiones de los equipos de flotación, la composición comprende que los gases utilizados para su obtención son: oxígeno, aire, argón, helio, una mezcla de ellos u otro gas que sea coadyuvante del proceso.

En la flotación de minerales con alto contenido de arcillas finas, la aplicación de la composición propuesta permite la captura de las partículas de estos elementos que presentan un tamaño de partícula fino y ultrafino.

Las nano burbujas y microburbujas capturan estas partículas y luego coalescen entre ellas primeramente y luego con las burbujas convencionales.

De este modo las partículas de arcillas finas flotan hacia la superficie donde son recolectadas. Para este proceso la composición comprende que los gases coadyuvantes de la flotación son: aire, argón, helio u otro gas, o mezcla de ellos.

Para el proceso de lixiviación agitada de minerales sulfurados con un alto contenido de arsénico, la composición comprende que los gases de la composición que los gases utilizados para la obtención de las nano burbujas y microburbujas es oxígeno, ozono, aire o mezcla de ellos. De este modo el arsénico es oxidado de manera eficiente y controlada, evitando el uso agentes oxidantes como el peróxido de hidrógeno.

En el proceso de lixiviación de concentrados metálicos, la aplicación de la composición en el agua con que se forma la pulpa permite, en presencia del ácido sulfúrico, precipitar el arsénico y oxidar los sulfuros metálicos formando sulfatos. La enorme cantidad de área de contacto que aportan las nano burbujas y microburbujas de la composición propuesta, permiten el control de la cinética de la reacción, aumentando de modo importante la eficiencia del proceso, y disminuyendo la cantidad de energía requerida. Para este proceso la composición comprende que los gases coadyuvantes de lixiviación de concentrados son: aire, ozono, oxígeno, o mezcla de ellos.

En el proceso de la lixiviación de los polvos metálicos provenientes de la fundición, la composición comprende que los gases utilizados para la obtención de las nano burbujas y microburbujas es oxígeno, ozono, aire o una mezcla de ellos. Las nano burbujas y microburbujas de esta composición aportan el de manera eficiente el oxígeno necesario para la eficiente lixiviación de los polvos metálicos de fundición, evitando el uso de reactivos peligrosos y de difícil manejo como el peróxido de hidrógeno.

Para el proceso de electro refinación la composición comprende que los gases utilizados para la obtención de las nano burbujas y microburbujas son: oxígeno, ozono, aire o mezcla de ellos. La composición se aplica a los ductos que transportan el electrolito hacia las celdas de electro refinación, donde las nano burbujas y microburbujas aumentan el oxígeno disuelto disponible en la zona de contacto entra los ánodos y el electrolito. Esto elimina la pasivación del ánodo al evitar la formación de iones cuprosos, generando un aumento de la eficiencia del proceso.

En el proceso de aglomerado de minerales previo a la lixiviación, la aplicación de la composición propuesta, en el agua o solución lixiviante utilizada para formar la pulpa, permite asegurar la presencia de oxígeno en todo el interior del glomero, en sus microgrietas e intersticios. De este modo la reacción química de la lixiviación se favorece y aumenta la cinética de las pilas de lixiviación con lo cual el tiempo de tratamiento del mineral se reduce en ellas. Para este proceso de aglomerado, la composición comprende que los gases utilizados para obtener las nano burbujas y las microburbujas son: aire, oxígeno, ozono, una mezcla de ellos, u otro gas que sea coadyuvante del proceso posterior que es la lixiviación.

Para el proceso de lixiviación de minerales en pilas, la composición comprende la que los gases utilizados para la obtención de las nano burbujas y microburbujas son: oxígeno, ozono, aire o mezcla de ellos. La composición propuesta es agregada a la solución lixiviante antes de que ésta sea incorporada a las pilas de lixiviación, con lo que el mismo flujo de dicha solución se transforma en el medio de distribución de los gases coadyuvantes a todos los sectores de la pila. Esta se agrega al ducto o tubería que transporta la solución lixiviante a la pila de lixiviación o en las piscinas o estanques donde la solución lixiviante es acumulada antes de ser enviada a la pila.

La aplicación de la composición propuesta garantiza una alta eficiencia y control de la lixiviación de minerales oxidados, además al evitar el uso de las redes de aireación forzada de las pilas y la contaminación ambiental producida por el descarte de estos ductos en los vertederos.

En el proceso de extracción por solventes o SX, la composición propuesta se aplica para la eliminación de arrastres acuosos y para la eliminación de arrastres orgánicos.

Para la eliminación de arrastre de orgánico en las piscinas, estanques o pozos para soluciones intermedias y finales la composición propuesta se aplica en las columnas de flotación y / ó en las piscinas. La composición se aplica a los ductos que proveen el agua o directamente a las columnas o piscinas. Para su aplicación en estos dos procesos, la composición propuesta comprende que los gases utilizados para la obtención de las nano burbujas y microburbujas son: aire, nitrógeno, argón o helio en estado puro o mezcla de ellos.

Para los arrastres acuoso, la composición propuesta permite que coalescen con las microgotas de agua o arrastre acuoso contaminada con Ion cloruro, de este modo se facilita su captura y coalescencia de estas. De esta manera, la aplicación de la composición propuesta permite de manera eficiente la eliminación de la contaminación con el Ion cloruro, contenido en las microgotas de agua presentes en el extractante, disminuyendo de modo importante el consumo de agua y evitando el uso de sistemas de filtrado.

Luego del proceso de extracción por solvente la composición propuesta también se puede aplicar al electrolito enriquecido para la eliminación del arrastre orgánico presente en él. Las nano burbujas y microburbujas de la composición coalescen con las microgotas de extractante orgánico, aumentando su flotabilidad y por lo tanto facilitando su separación y recuperación en la superficie de los estanques o piscinas, permitiendo además la recuperación de este arrastre, evitando pérdida de este valioso elemento

Para la aplicación en la etapa de recuperación de arrastre orgánico, la composición comprende que los gases utilizados para la obtención de las nano burbujas y microburbujas es oxígeno, ozono, aire, argón, helio o una mezcla de ellos. La composición se aplica a las piscinas o estanques de acumulación de electrolito que están dispuestos entre los procesos de extracción por solvente y de electro obtención.

Ejemplos de composición y aplicación

Ejemplo de la composición propuesta aplicada en la etapa de lixiviación de minerales.

Se realizó una prueba de laboratorio en columnas de lixiviación, con 5 kilos de mineral mixto de un yacimiento de la segunda región de Chile, el cual tenía una composición de 0,53 % de cobre total y 0,15 % de cobre soluble y también 20 litros de electrolito.

Para ellos se realizó una preparación del mineral a P100 =1 ½ (in) y luego se procedió a la separación homogénea de cada una de las columnas. Posteriormente se generó el proceso de curado ácido (10 kg/ton), donde se roleo el mineral hasta lograr el correcto proceso de curado de la muestra. Esta se dejó reposar por un período de 24 horas.

Posteriormente, se procedió a cargar cada una de las columnas de 1 metro de altura con 1 kilo de mineral, en forma cuidadosa y homogénea, de modo de no dañar los glomeros y se dejó reposar en la columna.

Luego de 3 días se comenzó con la etapa de riego con recirculación, con electrolito que está compuesto de agua (96%), sulfato de cobre (1%), ácido sulfúrico (3%) y saponina de quillay (5 ppm), a una tasa de 8 (lt/hr/m ² )

En el estanque de acumulación de electrolito, que alimenta a la bomba del sistema de riego, se conectó el equipo generación de nano burbujas, alimentado con oxígeno puro, a 20 PSI y 0,8 litro/minuto de flujo.

Luego de 3 horas, las nano burbujas de oxígeno disuelto en el electrolito, permitieron que el valor de oxígeno disuelto en el electrolito subiera de 10 ppm a entre 25 y 27 ppm, además se mantuvo en ese rango durante toda la prueba.

La eficacia de la composición propuesta se hizo notar al realizar las mediciones de cobre disuelto y ácido sulfúrico. Se determinó que la recuperación de cobre fue de 63,2 % y en el estado actual de la técnica este valor está cerca del 45,6%.

Estas pruebas fueron realizadas en duplicado, en un total de 4 columnas

Para la preparación de la composición propuesta, se requieren de los siguientes equipos: -Una Fuente proveedora del o los gases a utilizar que está compuesta por uno o más equipos generadores del o los gases a utilizar o estanque de algún proveedor de estos gases industriales.

-Un estanque de acumulación que consiste en un estanque de volumen adecuado que contienen el agua o solución lixiviante a la que se le agregará él o las nano o microburbujas de gases.

-Un equipo generador de nano burbujas y/o microburbujas que comprende uno o más equipos generadores de nano burbujas y microburbujas adquiridos a un proveedor, de acuerdo a los requerimientos y necesidades de uso para cada proceso al que se aplique la composición.

-Un estanque de acumulación para la composición preparada que comprende un estanque de volumen adecuado que contiene la composición y que está conectado con el ducto que transporta la composición preparada hacia el proceso donde este se aplica.

Para el control de la preparación de la composición se utilizan las mismas variables y equipos de medición de las soluciones usadas en los procesos, tales como oxígeno disuelto (ppm de O ₂ ), Porcentaje de saturación (%), tamaño de burbuja (nm), y frecuencia de burbujas (%) del tipo de burbujas (nano ó micro), tipo y composición de gases disueltos, etc.

Tanto los estanques de acumulación, como el equipo generador de nano burbujas y microburbujas se encuentran debidamente conectados por un sistema de bombeo, ductos y válvulas adecuados, para que la composición preparada, ésta sea agregada a cada proceso.

El procedimiento de preparación y aplicación de la composición comprende las siguientes etapas: a) Conectar las fuentes proveedoras del o gases a inyectar con la generadora de nano burbujas. b) Seleccionar la proporción de gases a inyectar c) Activar la fuente productora de nano burbujas y microburbujas. d) Conectar la fuente generadora de nano burbujas con el estanque de acumulación de a composición. e) Medir los parámetros de tamaño, proporción y composición de gases. f) Agregar nano burbujas hasta satisfacer los requeridos por el proceso al que se aplicará la composición. g) Agregar composición de nano burbujas y microburbujas al proceso al que será aplicada. Ejemplo de la composición y su aplicación

Para obtención de 1 .000 litros de la composición propuesta para que sea aplicada al proceso de lixiviación de minerales en pilas, se debe seguir el siguiente procedimiento. a) Conectar el equipo generador de nano burbujas a un cilindro de oxígeno (b) b) Conectar la fuente generadora de nano burbujas al estanque de acumulación (b) c) Activar el equipo generador de nano burbujas d) Medir el oxígeno disuelto e) Agregar nano burbujas de oxígeno hasta obtener una concentración de 16 ppm de oxígeno disuelto y f) Agregar la composición al proceso de lixiviación en pila.

Ejemplo de aplicación de la composición propuesta en el aumento del oxígeno disuelto. Se aplicó la composición propuesta a dos medios acuosos diferentes para visualizar el efecto beneficioso en el contenido de oxígeno disuelto en agua tipo IV (Máximo 5 pS/cm) y electrolito de refino de cobre con 1 ,2 gr/l de cobre y 15, 4 gr/l de ácido sulfúrico, comparando también con el efecto de aire comprimido convencional y la utilización de oxígeno, en diferentes condiciones de altura geográfica, nivel del mar y 2.326 metros sobre el nivel del mar, además de la adición de agente surfactante.

Estas pruebas fueron realizadas con equipo generador de nano burbujas IDEC FZ1 N-04M y registradas con un monitor de oxígeno disuelto portátil YSI modelo ProODO y con un tamaño preferente inferior a 100 nm de diámetro de nano burbuja.

Los resultados se muestran en la tabla 4.

Tabla 4

Los resultados muestran que la cantidad de oxígeno disuelto presente en el agua depende de factores como la calidad del tipo de agua, altura geográfica y contenido de sales presentes, lo cual concuerda con lo recopilado en el estado del arte.

Al revisar en detalles, se observa que también que, al realizar dichas pruebas a nivel del mar, la cantidad de oxígeno transferido mediante la aplicación de la composición permite alcanzar un valor de 30 ppm de O2, luego de 3 procesos de recirculación. En comparación, al realizar estas pruebas solamente con aire comprimido convencional se alcanza solamente 11 ,5 ppm de 0 .

Lo anterior indica que la cantidad de oxígeno presente en el aire atmosférico no impacta fuertemente en el oxígeno disuelto en la muestra. Al realizar similar experimento en una solución de refino de cobre, se alcanza un valor de 16,2 ppm de O2 a nivel del mar.

Debido a que las operaciones mineras se encuentran sobre los 2.000 mt de altura en Chile, se debe analizar la importancia de esta variable, por lo que repite estas pruebas con las mismas condiciones, alcanzando para el caso del aire comprimido sólo 8,3 ppm de O2, con oxígeno un valor de 24,3 ppm de 0 . Luego se realiza este experimento con refino de cobre, se alcanza un valor de 8,6 ppm de O2. Finalmente se realiza la prueba con un surfactante, donde se agrega una concentración de 11 ppm de surfactante Saponina de Quillay, observando que se alcanza un valor de 16,6 ppm de O2 _. Lo anterior permite afirmar que independientemente de las características de las soluciones acuosas disponibles, mediante la aplicación de la composición acuosa propuesta de nano y microburbujas, es posible incrementar de modo importante el grado de disolución de un gas como por ejemplo el oxígeno disuelto. Al aumentar de modo importante la cantidad de del gas o gases disueltos en las soluciones, se aumenta el impacto beneficioso de ellos, en los procesos a los que se aplican.

Ejemplo de aplicación de la composición en el proceso de electro refinación de cobre

La siguiente tabla 5, muestra el resultado de las pruebas realizadas para medir el efecto de la composición propuesta sobre la eficiencia anódica en proceso de electro refinación de cobre en función del oxígeno disuelto en el electrolito.

Se realizaron tres ensayos de celda Hull, con ánodo de cobre, cátodo de lámina de cobre, electrolito con 40 gramos por litro de cobre disuelto y 180 gramos por litro de ácido sulfúrico. Para la agitación por aire se utilizó el sistema de agitación por inyección de aire del kit de celda Hull y para la recirculación del electrolito se utilizó una bomba centrífuga que proporcionó un flujo de 1 metro cúbico por hora. La eficiencia anódica está reflejada por el comportamiento de la intensidad de corriente en función del tiempo de trabajo, para la misma tensión. La baja en la intensidad de corriente es reflejo de la pasivación del ánodo.

En cada prueba se aplicó una tensión de 2,0 volts y una intensidad de corriente de 2,0 Amper, que son los valores estándar para este proceso y se registraron estos datos cada 10 minutos.

En la prueba número tres se aplicó la composición propuesta al flujo de electrolito, con nano burbujas de tamaño de 81 nm, hasta obtener una saturación de 175 % de oxígeno.

Prueba 1 : Representa el comportamiento de la eficiencia anódica en el estado actual de la técnica en las celdas de electro refinación

Tabla 5 Prueba 2: Con agitación, por inyección de burbujas de aire

Tabla 6

Prueba 3: Con Saturación de O2 de oxígeno (175%), mediante nano burbujas de oxígeno de composición.

Tabla 7

La aplicación de la composición en la prueba número tres permitió evitar la pasivación anódica y mantener una alta eficiencia anódica, sin influir en la temperatura del electrolito ni contaminarlo.

Descripción de las láminas

La lámina 1 representa un esquema de la conexión de la fuente proveedora de gas y la fuente generadora de nano y microburbujas donde: a) Es la fuente proveedora del gas b) Es la fuente generadora de nano burbujas y microburbujas c) Es el estanque de acumulación de agua o solución lixiviante. d) Es el sistema de conexión entre la fuente generadora de nano burbujas y microburbujas. e) Es el estanque con la composición preparada La zona achurada representa la presencia de nano burbujas y microburbujas

La lámina 2 representa un esquema del proceso hidro metalúrgico de extracción de metales por medio del proceso de lixiviación de minerales donde: f) Es la pila de lixiviación g) Es la piscina de salida del electrolito que tiene cada pila h) Es la piscina de acumulación de electrolito proveniente de las pilas i) Es el proceso de extracción por solventes j) Es la planta de electro obtención k) Es la piscina de acumulación de electrolito que pasa a la pila I) Es el ducto de irrigación entre la piscina de decantación y la pila de lixiviación m) Es el sistema de aireación forzada de la pila

La lámina 3 representa un esquema de la conexión de la fuente generadora de nano burbujas y microburbujas con la piscina de acumulación de solución lixiviante donde: n) Es la piscina La zona achurada representa la solución lixiviante

La lámina 4 representa un esquema de un estanque de flotación de minerales donde: ñ) Es la zona del volumen de la solución donde la zona achurada representa los sectores en que las burbujas de tamaño convencional no están presentes.