Ingeniero Civil Mecánico / La Biolixiviación de cobre en pilas es un método utilizado actualmente por la industria, siendo de gran interés para minerales sulfurados. La rentabilidad de este proceso depende de diversos factores, especialmente de la temperatura de operación de la pila, ya que los microorganismos utilizados son muy sensibles a su variación teniendo un rango óptimo de operación, en el cual su eficiencia se ve mejorada aumentando la velocidad de extracción del cobre. El objetivo de este trabajo es el estudio del comportamiento térmico de una pila de biolixivación a través de un modelo físico-matemático y simulaciones termo-fluidodinámicas que consideren tanto los efectos ambientales, como la generación de calor al interior de la pila. Se presenta un modelo matemático que considera el estado multifásico del sistema, donde coexisten la fase sólida del material apilado, la líquida del fluido de irrigación y la gaseosa de la aireación, describiendo las principales ecuaciones que intervienen tanto en el transporte de momentum y de energía en medios porosos. Se realizan simulaciones en el software COMSOL Multiphysics para un sistema simplificado que considera un medio saturado en fluido cuyo campo de velocidad es descrito con la Ley de Darcy, además de la transferencia de calor considerando los términos de fuente y los fenómenos de borde. Se observa que la generación de calor volumétrica es el principal factor para mantener altas temperaturas en la pila. La convección interna debido al fluido de irrigación también tiene importancia en la temperatura alcanzada por el medio, al aumentar al doble la tasa de irrigación disminuye la temperatura promedio entre 7,5 [K] y 10,5 [K]. Cubrir la pila atenúa los fenómenos de contorno disminuyendo la evaporación, logrando un aumento en la temperatura promedio de 3,5 [K] en verano y de 5,75 [K] en invierno, lo cual es un aporte moderado. Aumentar la temperatura del fluido de irrigación en 10 [K] presenta un aumento entre 1,5 [K] a 2 [K] en la temperatura promedio de la pila, siendo un aporte despreciable con respecto a los costos que puede involucrar el aumento de la temperatura de irrigación.

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniero Agrónomo Mención: Manejo de Suelos y Aguas / El presente trabajo formó parte de una serie de estudios efectuados por la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi para disminuir problemas operacionales vinculados al riego en pilas para la lixiviación de cobre. Se recreó el proceso de riego de una pila de lixiviación, controlando las condiciones de flujo y la dinámica del ordenamiento de las partículas. Se llenaron columnas con roca aglomerada y se probaron cuatro formas de aplicación de soluciones de lixiviación en base a refino para determinar los cambios físico-mecánicos en la matriz del material a lo largo del proceso, para luego contraponerlos con la recuperación de cobre. Cada forma de aplicación de la solución de riego correspondió a uno de los tratamientos. De los tratamientos probados, el riego intermitente se presentó como la mejor alternativa para lixiviar el tipo de minerales ensayados (oxidados con componentes sulfurados en aumento), pues aceleró los tiempos de extracción al propiciar la lixiviación de los compuestos sulfurados. Esta técnica provocó extracciones totales mayores, sin embargo, en las primeras etapas de la lixiviación no generó diferencias en las extracciones con el resto de los tratamientos, por lo que se plantea buscar técnicas que aumenten la superficie irrigada en las fases iniciales del riego, manteniendo un mayor contacto solución-roca y un control apropiado del pH de las soluciones que reaccionan con la roca. No se detectaron problemas de drenaje ni efectos claros que podrían hacer inviable el proceso de lixiviación producto de las tasas de riego, sin embargo los principales efectos físico-mecánico se originaron en superficie (0-33 cm). La anticipación del comportamiento en este sistema de partículas poli dispersas no es posible basada sólo en el análisis granulométrico y se puede inducir a error por no considerar la aglomeración de las partículas, por lo que su análisis resulta más completo incorporando otros criterios que pueden ser de fácil medición. / This work was part of a study, conducted by “Doña Ines de Collahuasi” Mining Company, to reduce operational problems of copper leaching heaps management, linked to its irrigation. The irrigation process was recreated controlling flow conditions and dynamics of particle system. Columns were filled with crushed rocks which were previously agglomerated with sulfuric acid and water. Four criteria of irrigation based on refino solution were implemented, in order to determine the mechanical and physical changes in the matrix material along the process, and then contrasted with chemical parameters involved with copper recovery process. Intermittent irrigation was the best alternative for treating this type of material (oxidized with increasing sulfur compounds), accelerating extraction time by promoting sulfur compounds leaching, however, this technique caused no differences in the initial extractions, being necessary to implement techniques to increase the irrigated area in early stages, maintaining closer solution-rock contact and a proper control of pH in solutions that react with the rock. We detected no drainage problems or effects that could do unworkable the leaching with the irrigation rates, however the main physical effects were originated in surface (0-33 cm). The prediction of the behavior in this system of poly-dispersed particles cannot be solely based on particle size analysis, because it can fail by do not consider the agglomeration, being possible to incorporate other criteria easy to measure in the input materials.

Ingeniero Civil Químico / Durante el presente trabajo de título se estudió la factibilidad técnica y económica de un nuevo plan de riego de los sectores de lixviación (en pilas/heap y botaderos/dump) en la Operación Mantoverde de Anglo American, bajo el supuesto que aumenta el caudal de PLS (pregnant leaching solution) procesado desde 1.150 m3 h-1 hasta 2.000 m3 h-1. Esta modificación se analizó teniendo presente el objetivo general de aumentar en el caudal de refino generado, dado que su magnitud actual es insuficiente para regar la totalidad del mineral disponible. Durante la primera etapa de este trabajo, se realizó el balance volumétrico actual de agua, el que sirvió para generar la estrategia de riego a adoptar en caso de implementar el proyecto, la cual generaría una buena distribución de las soluciones lixiviantes. En una segunda etapa, se definieron las modificaciones que se deberían implementar en la etapa de lixiviación y se estudiaron la variación en la composición de las soluciones a riego, y sus efectos sobre la recuperación de cobre. Finalmente, se realizó una evaluación económica del proyecto y se determinó su rentabilidad en diversos escenarios. Como resultado del trabajo descrito en el párrafo anterior, se determinaron una estrategia de riego, la que considera en aumentar los módulos regados con refino en el sector heap (de 10 a 19) y aumentar los módulos en riego en los sectores dump sur (de 12 a 14) y dump norte (de 17 a 20), lo cual permitiría emplear un mayor volumen de refino minimizando el agua de reposición que se debe agregar al sistema. Por otra parte, los cambios a realizar disminuyen la concentración de cobre y ácido sulfúrico en el refino a riego, por lo que éste debería ser acidulado. En el aspecto económico, para esta etapa de evaluación del proyecto se tiene que éste es rentable, presentando para una inversión de US$ 3.000.000 un VAN de -US$ 3.600.000 en un horizonte de evaluación de 4 años. Esto se debe a que los principales ingresos del proyecto consisten en traer producción futura (que se debería realizar al final de la vida útil de la planta) al presente, lo cual no es conveniente debido al bajo precio del cobre, Sin embargo, existen otras posibilidades de emplear el mayor caudal de refino (como el aumento de las tasas de riego) que pueden ser estudiadas, para lo cual, se requiere un mayor conocimiento sobre la dinámica del proceso.