base de conocimiento
CTRL+F para buscar su palabra clave

Lixiviación in situ

Lixiviación in situ

La lixiviación in situ (ISL), también llamada recuperación in situ (ISR) o extracción de soluciones , es un proceso de extracción utilizado para recuperar minerales como el cobre y el uranio a través de pozos perforados en un depósito, in situ . La lixiviación in situ funciona mediante la disolución artificial de minerales que se producen naturalmente en estado sólido. Para la recuperación del material que ocurre naturalmente en la solución, ver: extracción de salmuera.

El proceso inicialmente implica la perforación de agujeros en el depósito de mineral. Se pueden usar fracturas explosivas o hidráulicas para crear vías abiertas en el depósito para que la solución penetre. La solución de lixiviación se bombea al depósito donde hace contacto con el mineral. La solución que contiene el contenido de mineral disuelto se bombea a la superficie y se procesa. Este proceso permite la extracción de metales y sales de un yacimiento sin la necesidad de una minería convencional que involucra minería de perforación y voladura, corte a cielo abierto o subterránea.

Proceso

La minería de lixiviación in situ implica el bombeo de un lixiviante al cuerpo del mineral a través de un pozo, que circula a través de la roca porosa que disuelve el mineral y se extrae a través de un segundo pozo.

El lixiviante varía según el depósito de mineral: para los depósitos de sal, el lixiviado puede ser agua dulce en la que las sales se pueden disolver fácilmente. Para el cobre, generalmente se necesitan ácidos para mejorar la solubilidad de los minerales minerales dentro de la solución. Para los minerales de uranio, el lixiviante puede ser ácido o bicarbonato de sodio.

Minerales

Potasa y sales solubles

La lixiviación in situ se usa ampliamente para extraer depósitos de sales solubles en agua como la potasa (silvita y carnallita), sal de roca (halita), cloruro de sodio y sulfato de sodio. Se ha utilizado en el estado estadounidense de Colorado para extraer nahcolita (bicarbonato de sodio). La lixiviación in situ a menudo se usa para depósitos que son demasiado profundos, o lechos que son demasiado delgados, para la minería subterránea convencional.

Uranio

La lixiviación in situ para uranio se ha expandido rápidamente desde la década de 1990, y ahora es el método predominante para extraer uranio, representando el 45 por ciento del uranio extraído en todo el mundo en 2012.

Las soluciones utilizadas para disolver el mineral de uranio son ácido (ácido sulfúrico o menos comúnmente ácido nítrico) o carbonato (bicarbonato de sodio, carbonato de amonio o dióxido de carbono disuelto). El oxígeno disuelto a veces se agrega al agua para movilizar el uranio. La ISL de los minerales de uranio comenzó en los Estados Unidos y la Unión Soviética a principios de la década de 1960. El primer ISL de uranio en los EE. UU. Fue en la cuenca Shirley en el estado de Wyoming, que funcionó entre 1961 y 1970 usando ácido sulfúrico. Desde 1970, todas las minas ISL a escala comercial en los Estados Unidos han utilizado soluciones de carbonato. La minería de ISL en Australia utiliza soluciones ácidas.

La recuperación in situ implica la extracción de agua que contiene uranio (clasificación tan baja como 0.05% de U3O8). La solución de uranio extraída se filtra luego a través de perlas de resina. Mediante un proceso de intercambio iónico, las perlas de resina atraen uranio de la solución. Las resinas cargadas de uranio se transportan luego a una planta de procesamiento, donde U3O8 se separa de las perlas de resina y se produce un pastel amarillo. Las cuentas de resina pueden devolverse a la instalación de intercambio iónico donde se reutilizan.

A fines de 2008, había cuatro minas de uranio de lixiviación in situ operando en los Estados Unidos, operadas por Cameco, Mestena y Uranium Resources, Inc., todas con bicarbonato de sodio. ISL produce el 90% del uranio extraído en los Estados Unidos. En 2010, Uranium Energy Corporation comenzó operaciones de lixiviación in situ en su proyecto Palangana en el condado de Duval, Texas. En julio de 2012, Cameco retrasó el desarrollo de su proyecto Kintyre, debido a la difícil economía del proyecto basada en $ 45.00 U3O8. Un proyecto de recuperación de ISR también estaba en funcionamiento a partir de 2009.

Importantes minas de ISL están operando en Kazajstán y Australia. La mina de uranio Beverley en Australia utiliza lixiviación in situ. La minería de ISL representó el 41% de la producción mundial de uranio en 2010.

Los ejemplos de minas de uranio in situ incluyen:

  • La mina de uranio Beverley, Australia del Sur, es una mina de uranio ISL en funcionamiento y la primera mina de este tipo en Australia.
  • La luna de miel de uranio, Australia del Sur, abrió en 2011 y es la segunda mina de uranio ISL de Australia.
  • Crow Butte (operativo), Smith Ranch-Highland (operativo), Christensen Ranch (reclamo), Irigaray (reclamo), Churchrock (propuesto), Crownpoint (propuesto), Alta Mesa (operativo), Hobson (en espera), La Palangana (operativo ), Kingsville Dome (en funcionamiento), Rosita (en espera) y Vásquez (restauración) son operaciones de uranio ISL en los Estados Unidos.
  • En 2010, Uranium Energy Corp. comenzó una operación minera de ISL en el depósito de Palangana en el condado de Duval, Texas. Las instalaciones de intercambio iónico en Palangana transportan perlas de resina cargadas de uranio a la planta de procesamiento de Hobson de la compañía, donde se produce el pastel amarillo. Uranium Energy Corp. tiene tres depósitos adicionales en el sur de Texas permitidos o en desarrollo.

Cobre

La lixiviación in situ del cobre fue realizada por los chinos en el año 977 d. C., y tal vez ya en el año 177 a. C. El cobre generalmente se lixivia con ácido (ácido sulfúrico o ácido clorhídrico), luego se recupera de la solución mediante electrodeposición por extracción con solvente (SX-EW) o por precipitación química.

Los minerales más susceptibles de lixiviación incluyen los carbonatos de cobre malaquita y azurita, el tenorito de óxido y la crisocola de silicato. Otros minerales de cobre, como la cuprita de óxido y la calcocita de sulfuro pueden requerir la adición de agentes oxidantes como sulfato férrico y oxígeno al lixiviado antes de que los minerales se disuelvan. Los minerales con los mayores contenidos de sulfuro, como la bornita y la calcopirita, requerirán más oxidantes y se disolverán más lentamente. Algunas veces la oxidación es acelerada por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans , que se alimenta de compuestos de sulfuro.

El ISL de cobre a menudo se realiza mediante lixiviación en rebaje , en el cual el mineral roto de baja ley se lixivia en una mina subterránea convencional actual o anterior. La lixiviación puede tener lugar en rebajes rellenados o áreas excavadas. En 1994, se informó la lixiviación de cobre en rebajas en 16 minas en los Estados Unidos.

En la mina San Manuel en el estado estadounidense de Arizona, el ISL se usó inicialmente al recolectar la solución resultante bajo tierra, pero en 1995 se convirtió en un método de recuperación de pozo a pozo, que fue la primera implementación a gran escala de ese método. Este método de pozo a pozo se ha propuesto para otros depósitos de cobre en Arizona.

Oro

La lixiviación in situ no se ha utilizado a escala comercial para la extracción de oro. En la década de 1970 se llevó a cabo un programa piloto de tres años para lixiviar in situ el mineral de oro en la mina Ajax en el distrito de Cripple Creek en los Estados Unidos, utilizando una solución de cloruro y yoduro. Después de obtener malos resultados, quizás debido al complejo mineral de telururo, la prueba se detuvo.

Preocupaciones ambientales

Según la Organización Mundial de Energía Nuclear:

En los Estados Unidos, la legislación exige que se restaure la calidad del agua en el acuífero afectado para permitir su uso previo a la minería. Por lo general, se trata de agua potable o agua de reserva (generalmente menos de 500 ppm de sólidos disueltos totales), y aunque no todas las características químicas pueden devolverse a las personas que minan previamente, el agua debe ser utilizable para los mismos fines que antes. A menudo, debe tratarse mediante ósmosis inversa, lo que genera un problema al eliminar la corriente de salmuera concentrada.

Las protecciones de radiación habituales se aplican en una operación de extracción de uranio isl, a pesar del hecho de que la mayor parte de la radiactividad del yacimiento permanece bien bajo tierra y, por lo tanto, hay un aumento mínimo en la liberación de radón y no hay polvo de mineral. Los empleados son monitoreados por contaminación por radiación alfa y se usan dosímetros personales para medir la exposición a la radiación gamma. Se realiza un monitoreo rutinario del aire, el polvo y la contaminación de la superficie.

Las ventajas de esta tecnología son:

  • Riesgos reducidos para los empleados por accidentes, polvo y radiación,
  • Bajo costo, sin necesidad de grandes depósitos de relaves de molino de uranio.

Después de la finalización de una operación de lixiviación in situ, los lodos de desecho producidos deben eliminarse de manera segura y el acuífero, contaminado por las actividades de lixiviación, debe restaurarse. La restauración del agua subterránea es un proceso muy tedioso que aún no se comprende completamente.

Los mejores resultados se han obtenido con el siguiente esquema de tratamiento, que consiste en una serie de pasos diferentes:

  • Fase 1: Bombeo de agua contaminada: la inyección de la solución de lixiviación se detiene y el líquido contaminado se bombea desde la zona de lixiviación. Posteriormente, el agua subterránea limpia fluye desde el exterior de la zona de lixiviación.
  • Fase 2: como 1, pero con tratamiento del líquido bombeado (por ósmosis inversa) y reinyección en la zona anterior de lixiviación. Este esquema da como resultado la circulación del líquido.
  • Fase 3: como 2, con la adición de una sustancia química reductora (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno (H2S) o sulfuro de sodio (Na2S). Esto provoca la precipitación química y, por lo tanto, la inmovilización de los principales contaminantes.
  • Fase 4: Circulación del líquido por bombeo y reinyección, para obtener condiciones uniformes en toda la zona anterior de lixiviación.

Pero, incluso con este esquema de tratamiento, varios problemas siguen sin resolverse:

  • Los contaminantes que son móviles en condiciones de reducción química, como el radio, no pueden controlarse.
  • Si las condiciones de reducción química se alteran posteriormente por algún motivo, los contaminantes precipitados se vuelven a movilizar.
  • El proceso de restauración lleva largos períodos de tiempo, no todos los parámetros pueden reducirse adecuadamente.

La mayoría de los experimentos de restauración informados se refieren al esquema de lixiviación alcalina, ya que este esquema es el único utilizado en las operaciones comerciales in situ del mundo occidental. Por lo tanto, casi no existe experiencia con la restauración de aguas subterráneas después de la lixiviación in situ ácida, el esquema que se aplicó en la mayoría de los casos en Europa del Este. El único sitio de lixiviación in situ occidental restaurado después de la lixiviación con ácido sulfúrico hasta ahora, es la pequeña instalación de escala piloto Nine Mile Lake cerca de Casper, Wyoming (EE. UU.). Por lo tanto, los resultados no pueden transferirse simplemente a instalaciones a escala de producción. El esquema de restauración aplicado incluyó los dos primeros pasos mencionados anteriormente. Resultó que había que bombear un volumen de agua de más de 20 veces el volumen de poros de la zona de lixiviación, y aún así varios parámetros no alcanzaron los niveles de fondo. Además, la restauración requirió aproximadamente el mismo tiempo que se usó para el período de lixiviación.

En EE. UU., Los sitios ISL de Pawnee, Lamprecht y Zamzow en Texas se restauraron utilizando los pasos 1 y 2 del esquema de tratamiento mencionado anteriormente. Se han otorgado estándares de restauración de aguas subterráneas relajadas en estos y otros sitios, ya que no se pudieron cumplir los criterios de restauración.

Un estudio publicado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos en 2009 encontró que "Hasta la fecha, ninguna remediación de una operación de ISR en los Estados Unidos ha devuelto con éxito el acuífero a las condiciones de referencia".

Las condiciones de referencia incluyen cantidades comerciales de U3O8 radiactivo. La recuperación in situ eficiente reduce los valores de U3O8 del acuífero. Hablando en un taller de la Región 8 de la EPA, el 29 de septiembre de 2010, Ardyth Simmons, PhD, Laboratorio Nacional de Los Alamos (Los Alamos, NM) sobre el tema "Establecimiento de valores de referencia y comparación con valores de restauración en sitios de recuperación in situ de uranio" declaró " Estos resultados indicaron que puede ser poco realista para las operaciones de ISR restaurar los acuíferos a la media, porque en algunos casos, esto significa que tendría que haber menos uranio presente que antes de la minería. La búsqueda de concentraciones más conservadoras da como resultado una cantidad considerable del uso del agua, y muchos de estos acuíferos no eran aptos para el agua potable antes de iniciar la minería ".

La EPA está considerando la necesidad de actualizar los estándares de protección ambiental para la extracción de uranio porque las regulaciones actuales, promulgadas en respuesta a la Ley de Control de Radiaciones de Uranium Mill Tailings de 1978, no abordan el proceso relativamente reciente de lixiviación in situ (ISL) de uranio de cuerpos minerales subterráneos. En una carta de febrero de 2012, la EPA declara: "Debido a que el proceso de ISL afecta la calidad del agua subterránea, la Oficina de Radiación y Aire Interior de la EPA solicitó asesoramiento a la Junta Asesora Científica (SAB) sobre cuestiones relacionadas con el diseño y la implementación del monitoreo de las aguas subterráneas en la minería de ISL sitios ".

El SAB hace recomendaciones sobre el monitoreo para caracterizar la calidad del agua subterránea de referencia antes del inicio de las operaciones mineras, el monitoreo para detectar cualquier excursión de lixiviados durante la minería y el monitoreo para determinar cuándo la calidad del agua subterránea se ha estabilizado después de que se hayan completado las operaciones mineras. El SAB también revisa las ventajas y desventajas de las técnicas estadísticas alternativas para determinar si la calidad del agua subterránea post-operativa ha regresado a condiciones cercanas a la pre-minería y si se puede predecir que la operación de la mina no afectará negativamente la calidad del agua subterránea después de la aceptación del cierre del sitio.