Planta de procesamiento de mineral de oro con alto contenido en carbono mediante lodos carbonosos: solución completa de maquinaria y electrólisis analítica

Los yacimientos de oro con alto contenido en carbono son considerados, de forma generalizada, el «nuevo reto» en la beneficiación del oro.Las sustancias carbonosas presentes en este tipo de mineral (grafito, carbón activo, ácido húmico, etc.) poseen propiedades de adsorción similares a las del carbón activo, lo que hace que los complejos de cianuro de oro ya disueltos en la solución vuelvan a adsorberse en la fase sólida, provocando que «se extraiga mediante lixiviación, pero no se recupere».La tasa de lixiviación con cianuro convencional suele situarse solo entre el 20 % y el 50 %, y el consumo de reactivos sigue siendo elevado. Muchos propietarios de minas han construido plantas de lixiviación con pasta de carbón; aunque el equipamiento no es deficiente y el proceso funciona correctamente, la tasa de recuperación no mejora: el problema no suele estar en las cubas de lixiviación, sino en que las sustancias carbonosas no se tratan de forma eficaz antes de la lixiviación.

Este artículo se centra en la construcción de plantas de procesamiento de pulpa de carbón para minas de oro con alto contenido en carbón y, partiendo del mecanismo de captura del oro, las vías de pretratamiento y la elección de los procesos CIP/CIL, hasta la configuración completa de la maquinaria y el esquema de electrólisis para la desorción del carbón cargado de oro,y traza de forma sistemática una ruta técnica viable que ayude a los inversores en minas de oro con alto contenido en carbono a construir correctamente la planta de procesamiento, seleccionar el equipo adecuado y aumentar la tasa de recuperación.

I. Comprender primero el «secuestro del oro»: ¿por qué es difícil la separación de los minerales de oro con alto contenido en carbono?

El diseño de un plan de tratamiento mineralógico debe partir de las características del mineral. La dificultad en el tratamiento de los minerales de oro con alto contenido en carbono se debe principalmente a cuatro aspectos:

1. La materia carbonosa actúa como «carbón activo natural». La superficie de la materia carbonosa del mineral presenta una gran cantidad de sitios de adsorción activos, con un comportamiento similar al del carbón activo.Durante la lixiviación con cianuro, el oro se disuelve formando complejos de cianuro de oro que pasan a la solución; las sustancias carbonosas, al igual que el carbón activo, «atrapan» de nuevo este oro ya disuelto y lo devuelven a la fase sólida. El resultado es que, aunque el oro se extrae mediante lixiviación, no se recupera, lo que da lugar a una ley excesivamente alta en los residuos.

2. El tipo de materia carbonosa determina su capacidad de secuestro del oro. El carbón activo es el que presenta mayor capacidad de adsorción, seguido del grafito, mientras que los humos son relativamente más débiles.Cuanto mayor sea el contenido de materia carbonosa y mayor su actividad, más grave será el efecto de «secuestro» del oro y mayor será la necesidad de un pretratamiento. Esta es también la razón por la que, entre los «minerales carbonosos», algunos alcanzan una tasa de lixiviación superior al 90 % tras el pretratamiento, mientras que otros se mantienen siempre en niveles bajos.

3. Suele aparecer en asociación con arsénico y azufre, lo que agrava las dificultades de tratamiento. Los yacimientos auríferos con alto contenido en carbono suelen aparecer junto con pirita arsenosa, arsenopirita y otros minerales similares. El arsénico encapsula el oro en los sulfuros, de modo que, por muy fino que se muela el mineral, este no sale; el carbono, por su parte, reabsorbe el oro disuelto.Bajo esta doble interferencia, la tasa de lixiviación con cianuro convencional es lamentablemente baja, y los reactivos se desperdician por completo en reacciones ineficaces.

4. La lixiviación directa no resulta rentable. Si se procede directamente a la lixiviación con cianuro sin pretratamiento previo, no solo la tasa de lixiviación es baja, sino que el consumo de cianuro es elevado, lo que la hace extremadamente poco rentable.En los yacimientos auríferos con alto contenido en carbono, es imprescindible «pasivar» o eliminar las sustancias carbonosas antes de la lixiviación, para eliminar el efecto de «secuestro» del oro; solo así la tasa de recuperación mediante cianuración podrá volver a niveles normales.

En resumen: el tratamiento de los yacimientos auríferos con alto contenido en carbono es complicado, no porque el oro sea difícil de lixiviar, sino porque el oro lixiviado es «secuestrado» por las partículas de carbono. La máxima prioridad en el diseño de una planta de lodos de carbono es el pretratamiento previo a la lixiviación, y no el número de tanques de lixiviación.

II. Cómo elegir la vía de pretratamiento: eliminar primero el efecto de «secuestro» del oro

Para hacer frente al efecto de «secuestro» del oro por parte de las sustancias carbonosas, en el sector existen principalmente los siguientes tipos de vías de pretratamiento. La elección de una u otra depende del contenido, el tipo y el estado de las sustancias carbonosas, y debe verificarse mediante ensayos de beneficio comparativos:

1. Inhibición de las partículas carbonosas mediante flotación. En la etapa de flotación se añaden inhibidores de partículas carbonosas para impedir que estas floten, evitando así que se concentren con el concentrado o interfieran en la espuma de flotación; o bien se recurre a la flotación prioritaria, separando primero las partículas carbonosas y luego los sulfuros auríferos.Otra función de la flotación es concentrar los sulfuros auríferos en el concentrado, lo que reduce el volumen de tratamiento posterior con cianuro —al procesarse únicamente el concentrado, en lugar de todo el mineral—, lo que permite reducir el tamaño tanto de las cubas de lixiviación como del sistema de adsorción.

2. Pretratamiento mediante cloración u oxidación química. Se utiliza un clorante (como el hipoclorito de sodio o el cloro gaseoso) u otros oxidantes para oxidar y pasivar las partículas carbonosas, destruyendo así sus sitios de adsorción superficial activos y haciendo que pierdan la capacidad de adsorber los complejos de cianuro de oro.Esta es una de las vías principales de pretratamiento de los yacimientos auríferos con alto contenido en carbono; la clave reside en controlar la dosis de los reactivos y las condiciones de reacción, de modo que, al pasivar los materiales carbonosos, se evite una oxidación excesiva que afecte a la lixiviación posterior.

3. Pretratamiento por calcinación. La oxidación mediante calcinación a alta temperatura elimina los materiales carbonosos y los sulfuros, elimina el efecto de secuestro del oro y desentraña los sulfuros. Se trata de un proceso exhaustivo, pero con un elevado consumo energético y unos costes medioambientales elevados; es adecuado para minerales con alto contenido en materiales carbonosos en los que otros métodos resultan poco eficaces.

4. Pretratamiento por biooxidación u oxidación a presión. La oxidación biológica utiliza microorganismos para oxidar y descomponer los sulfuros; su coste es relativamente bajo y es respetuosa con el medio ambiente, pero el ciclo es largo; la oxidación a presión oxida los sulfuros y los compuestos carbonosos a alta temperatura y presión; ofrece buenos resultados y es rápida, pero la inversión en equipamiento y los costes operativos son elevados, por lo que resulta adecuada para proyectos de gran envergadura y minerales de difícil tratamiento.

Conclusión clave: No existe un método de pretratamiento que sirva para todos los casos.La elección del método de pretratamiento para los yacimientos auríferos carbonosos depende del contenido de carbono, arsénico y antimonio, así como de su estado de presencia, y debe verificarse mediante ensayos de beneficio comparativos, calculando cuidadosamente la relación económica entre el aumento de la tasa de lixiviación y el coste del pretratamiento. Si tras el diagnóstico se confirma que no tiene valor económico, se debe informar de ello con sinceridad, sin realizar una promoción a ciegas.

III. Cómo elegir el proceso de pulpa de carbón: ¿CIP o CIL?

Una vez resuelto el problema de la pérdida de oro mediante el pretratamiento, el siguiente paso es recuperar el oro disuelto. Los procesos principales para esta etapa son la lixiviación con cianuro y la adsorción con carbón activo, es decir, el CIP (método de pulpa de carbón) y el CIL (método de lixiviación con carbón).

CIP (método de pulpa de carbón): primero lixiviación y luego adsorción, lo que permite un control más preciso. Primero se completa la lixiviación; una vez que la pulpa mineral entra en el tanque de adsorción, se añade el carbón activo. La lixiviación y la adsorción se llevan a cabo en tanques separados, lo que permite un tiempo de lixiviación más prolongado. Es adecuado para minerales con una velocidad de lixiviación relativamente rápida que requieren un control por etapas, y se utiliza habitualmente en grandes plantas de tratamiento.En el caso de los yacimientos auríferos con alto contenido en carbono, dado que tras el pretratamiento sigue siendo necesario garantizar un tiempo de lixiviación suficiente, las ventajas del control por etapas del CIP resultan aún más evidentes: la etapa de lixiviación permite optimizar el tiempo de forma independiente, mientras que la etapa de adsorción permite controlar de forma independiente la concentración de carbón.

CIL (método de lixiviación con carbón): lixiviación y adsorción simultáneas, proceso compacto. La lixiviación y la adsorción con carbón activo se llevan a cabo simultáneamente en el mismo tanque de lixiviación; el carbón activo se añade en el último tanque y se desplaza hacia delante en contracorriente.Las ventajas son el menor número de tanques, un proceso compacto y una inversión relativamente baja, lo que lo hace adecuado para plantas de procesamiento de tamaño pequeño, mediano y grande. Si tras el pretratamiento se ha eliminado por completo el efecto de «secuestro de oro» y la velocidad de lixiviación del mineral es rápida, el proceso compacto del CIL resulta más rentable.

Lógica de selección: a la hora de elegir el proceso de lodos de carbón para yacimientos auríferos con alto contenido en carbono, no basta con tener en cuenta la inversión, sino que hay que considerar la eficacia del pretratamiento y la cinética de lixiviación.En el caso de minerales en los que, tras el pretratamiento, la pasivación de la materia carbonosa es completa y la velocidad de lixiviación es rápida, el proceso CIL, por ser más compacto, resulta más económico; en el caso de minerales en los que, tras el pretratamiento, aún persisten interferencias residuales y la velocidad de lixiviación es lenta, resulta más prudente utilizar el proceso CIP, que consiste en una impregnación previa seguida de la absorción. La elección concreta debe verificarse mediante ensayos de lixiviación y pruebas comparativas entre CIP y CIL, sin tomar decisiones a ciegas.

IV. Configuración del conjunto completo de equipos mecánicos: desde la trituración hasta la obtención de oro purificado

El conjunto completo de equipos para una planta de procesamiento de oro de alto contenido en carbono mediante lodos carbonosos se desglosa por procesos de la siguiente manera:

Sección de trituración y molienda: trituradora de mandíbulas (trituración gruesa, para minerales en trozos grandes, de estructura sencilla y resistente) + trituradora cónica (trituración media y fina, alta eficiencia en el tratamiento de roca dura y granulometría uniforme del producto)+ Molino de bolas (molienda en dos etapas: tipo rejilla y tipo rebosadero) + Clasificador helicoidal/hidrociclón (clasificación en circuito cerrado). La finura de la molienda debe garantizar la disociación individual de los minerales auríferos, evitando al mismo tiempo una molienda excesiva. La etapa de trituración sigue el principio de «triturar más y moler menos», lo que reduce el consumo energético de la molienda.

Etapa de flotación (si se utiliza un pretratamiento por flotación): Serie de flotadores (tipo SF de autoaspiración, adecuados para la etapa inicial de selección burda y barrido; tipo XCF/KYF con aireación, la opción preferida para la configuración de canales de flujo continuo de gran tamaño), conjuntos combinados de selección burda, barrido y selección fina;Tinas de agitación y sistemas de dosificación (incluida la adición de inhibidores de materia carbonosa).

Etapa de pretratamiento: tanques de reacción de pretratamiento (con agitación y revestimiento interior resistente a la corrosión), dispositivos de adición de clorantes/oxidantes, sistema de regulación del pH, ventilación y dispositivos de tratamiento de gases de escape.Los materiales de los equipos deben estar reforzados contra la corrosión propia del entorno de cloración/oxidación (acero inoxidable anticorrosivo o revestimiento interior anticorrosivo); una elección errónea de los materiales reducirá considerablemente la vida útil de los equipos.

Etapa de lixiviación y adsorción (CIP/CIL): tanques de lixiviación (con agitación y aireación, varios tanques en serie), sistema de adsorción con carbón activo, tamices de separación de carbón cargado de oro (tamices separadores de carbón/elevadores de aire) y elevadores de carbón.El tamiz separador de carbón evita que el carbón activo se pierda con la pulpa mineral, mientras que el elevador de carbón extrae el carbón cargado de oro de la cuba; estos equipos específicos influyen directamente en el consumo de carbón y la tasa de recuperación. El proceso CIL también requiere la instalación de una cuba de lixiviación de carbón de alta eficiencia con doble impulsor.

Etapa de desorción electrolítica (equipamiento básico): Tras el lavado ácido, el carbón cargado de oro entra en el sistema de desorción electrolítica, donde el oro se desorbe y se electroliza para formar lodo de oro. El equipamiento incluye columnas de desorción, celdas electrolíticas, fuente de alimentación rectificadora, sistema de calentamiento, tanques de lavado ácido y tanques de almacenamiento de líquido.Los equipos de desorción y electrólisis a temperatura y presión ambiente son adecuados para el tratamiento convencional, con unos costes de inversión y funcionamiento más bajos; los equipos de desorción y electrólisis a alta temperatura y alta presión ofrecen una mayor eficiencia de tratamiento y una desorción más completa, por lo que son adecuados para minas de gran tamaño o minerales de difícil desorción. La elección del modelo debe determinarse en función del contenido de oro en el carbón, la escala de tratamiento y la tasa de desorción objetivo.

Etapa de fundición: El lodo de oro se funde en un horno de fundición de oro, produciendo lingotes de oro de calidad uniforme.

Etapa de concentración y deshidratación: espesador (deshidratación de la pulpa mineral antes de la lixiviación y deshidratación de los residuos) + filtro de presión (descarga en seco de los residuos) + criba de deshidratación.

Etapa de desintoxicación de residuos: los residuos que contienen cianuro se someten a un tratamiento de desintoxicación, como el método de cloración alcalina, y, una vez que cumplen con los requisitos normativos, se vierten o se reutilizan; el vertedero de residuos en seco cuenta con un sistema de impermeabilización de la base, drenaje de aguas de infiltración y recogida de lixiviados.

Equipos auxiliares: alimentador vibratorio, transportador de cinta, tanque de agitación, bomba de pulpa de escoria, bomba de extracción de carbón, bomba de agua limpia, bomba de recirculación y sistema de control eléctrico.

V. Solución de electrólisis analítica: ¿cómo se extrae el oro del carbón cargado de oro?

La electrólisis de desorción es el «último tramo» de la recuperación de oro en una planta de pasta de carbón; el diseño del plan presenta varios puntos clave:

1. Elección del método de desorción. La desorción a temperatura y presión ambiente requiere una inversión baja y es fácil de manejar, por lo que resulta adecuada para plantas de tamaño pequeño y mediano y para carbón aurífero convencional; la desorción a alta temperatura y presión ofrece una alta eficiencia y una desorción completa, por lo que es adecuada para minas de gran tamaño y para carbón con alto contenido en oro y difícil de desorber. A la hora de elegir, es necesario evaluar la rentabilidad global teniendo en cuenta el ciclo de desorción, el consumo de productos químicos y la inversión en equipamiento.

2. Adaptación de la solución de desorción a la electrólisis. La solución de desorción (solución rica en oro) entra en la celda electrolítica, donde, mediante la electrólisis, el oro se deposita en el cátodo formando lodo de oro. La densidad de corriente, la distancia entre electrodos y el tiempo de electrólisis de la celda deben ajustarse a la concentración de oro de la solución de desorción; una electrólisis incompleta provocaría que el oro circulase en la solución pobre, lo que reduciría la tasa de recuperación.

3. Lavado ácido y regeneración del carbón. El carbón cargado de oro debe someterse a un lavado ácido antes de la desorción para eliminar los carbonatos y las impurezas; el carbón empobrecido tras la desorción, tras un proceso de regeneración, vuelve al sistema de adsorción para su reutilización. La calidad de la regeneración del carbón influye directamente en la capacidad de adsorción del carbón activo y en el consumo de carbón, por lo que no se puede omitir la etapa de regeneración.

4. Fundición del lodo de oro. El lodo de oro obtenido mediante electrólisis, tras ser sometido a un lavado ácido y secado, se introduce en un horno de fundición para producir oro de calidad comercial. La temperatura de fundición y la proporción de fundente influyen en la pureza de los lingotes de oro y en la tasa de recuperación de la fundición.

5. Control automatizado. Se recomienda equipar el sistema de desorción y electrólisis con dispositivos de monitorización y control de la temperatura, la presión, el caudal y la intensidad eléctrica, a fin de garantizar la estabilidad de la tasa de desorción y la eficiencia del proceso de electrólisis. Deben instalarse sistemas de enclavamiento de seguridad en los equipos que operan a alta temperatura y alta presión.

VI. Puesta en práctica del proyecto: primero se realizan pruebas, luego se habla de los equipos

La complejidad de los yacimientos auríferos con alto contenido en carbono determina que el plan no pueda decidirse a la ligera. El proceso de colaboración de GoldProcessingPlant hace hincapié en «conocer primero el yacimiento y, después, seleccionar el equipo»:

Primer paso: ensayos de beneficio y validación del proceso. Se realizan análisis químicos y ensayos de seleccionabilidad con muestras representativas del mineral, que abarcan ensayos de flotación, ensayos comparativos de diferentes métodos de pretratamiento (cloración/oxidación/calcinación/oxidación biológica), ensayos de lixiviación con cianuro y ensayos comparativos de CIP/CIL.El informe de pruebas no solo ofrece el proceso recomendado y la tasa de recuperación prevista, sino que incluye directamente una lista de selección de equipos y un presupuesto preliminar. La validación habitual dura entre 3 y 4 semanas, y la elaboración del informe completo del proyecto suele tardar entre 30 y 45 días; si las propiedades del mineral son especialmente complejas, es necesario ampliar el proceso de validación, lo que prolonga el plazo en consecuencia.

Segundo paso: diseño del proceso y presupuesto para la selección de equipos. A partir de los datos de los ensayos, se determinan la ruta de proceso (pretratamiento + CIP/CIL) y los parámetros correspondientes, y se elaboran el diagrama de flujo del proceso, la lista de configuración de equipos, el plan de selección y el presupuesto.

Tercer paso: planos de ingeniería y fabricación de equipos. Se elaboran los planos de distribución del recinto, los planos de cimientos de los equipos, los planos de disposición, los planos de tuberías y los planos de condiciones de obra civil; se fabrican los equipos principales según los planos y se personalizan las piezas no estándar según las necesidades.

Cuarta etapa: instalación, puesta a punto y formación del personal. Se envía a un ingeniero para que supervise la instalación in situ, dirija la puesta a punto de cada máquina y las pruebas de funcionamiento en conjunto con material real, y optimice el régimen de productos químicos de pretratamiento, el grado de molienda y los parámetros de lixiviación hasta obtener oro que cumpla con los requisitos de calidad; además, se imparte formación teórica y práctica al equipo del cliente para garantizar que pueda ajustar de forma independiente el régimen de productos químicos, el grado de molienda y los parámetros de lixiviación.

En cuanto a los compromisos en materia de indicadores: la tasa de recuperación viene determinada por las características intrínsecas del mineral (tamaño de las partículas de la mena, relaciones de asociación, estado de yacimiento y tipo de materia carbonosa), por lo que no se comprometen cifras absolutas alejadas de la realidad.Lo que sí podemos comprometer es lo siguiente: mediante un diseño riguroso del proceso, diseñar un flujo de trabajo que alcance la tasa de recuperación máxima posible dadas las condiciones de dicho mineral, y buscar la excelencia en la selección de equipos y el control del proceso. Ambas partes acordarán en el contrato unos criterios de aceptación razonables basados en la misma fuente de mineral y las mismas condiciones de operación.

VII. Flexibilidad en los servicios y el ciclo del proyecto

GoldProcessingPlant no impone paquetes obligatorios, sino que ofrece servicios flexibles por etapas: se pueden realizar únicamente ensayos de tratamiento de minerales (para evaluar primero la viabilidad y la rentabilidad del pretratamiento),solicitar únicamente un presupuesto para el diseño del proceso y la selección de equipos, adquirir solo los planos de ingeniería, comprar equipos individuales o completos, o contratar a ingenieros para la puesta en marcha in situ; también se puede optar por un proyecto EPC «llave en mano», que integra el diseño, los equipos, la supervisión de la instalación, la formación para la puesta en marcha y la responsabilidad sobre los indicadores de producción finales.Los gastos de los ensayos de beneficio y de diseño abonados en la fase inicial se pueden deducir íntegramente del precio de los equipos al firmar posteriormente el contrato de suministro de equipos o el contrato EPC.

En cuanto a la duración del proyecto, desde el inicio del diseño del proceso hasta la puesta en marcha definitiva, el ciclo total suele oscilar entre 8 y 15 meses aproximadamente.Etapas clave: diseño del proceso y presupuesto de selección de equipos: 7-15 días → diseño de planos de ingeniería: 20-30 días → fabricación de equipos: 60-120 días → logística: 30-60 días → instalación y puesta en marcha: 60-150 días.El tiempo de puesta a punto de los procesos combinados que incluyen pretratamiento + CIP/CIL + electrólisis de extracción es relativamente largo, por lo que es necesario reservar un periodo de puesta a punto suficiente; en el caso de los proyectos en el extranjero, hay que prever un margen adicional para el despacho de aduanas (unos 30 días) y un periodo de transición flexible (unos 30 días).

La construcción de una planta de procesamiento de mineral de oro con pulpa de carbón de alto contenido en carbono se basa en una lógica fundamental muy clara: en primer lugar, mediante ensayos de beneficio, se determinan el tipo de material carbonoso y su capacidad de retención de oro, y se elige la vía de pretratamiento adecuada para eliminar los factores de interferencia antes de la lixiviación; a continuación, en función de las características de la lixiviación, se selecciona CIP o CIL para recuperar de forma segura el oro disuelto;el equipamiento se adapta al proceso y los materiales se optimizan en función de las condiciones de trabajo; el carbón cargado de oro se somete a electrólisis de desorción y fundición para producir oro de calidad comercial; y los residuos se desintoxican y se gestionan de forma conforme a la normativa mediante vertido en seco. Cada paso cuenta con el respaldo de datos, lo que garantiza la tasa de recuperación.