La lixiviación in situ (ISL), también llamada recuperación in situ (ISR) o minería en solución , es un proceso de extracción que se utiliza 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 encuentran naturalmente en estado sólido. Para la recuperación de material que se encuentra naturalmente en solución, consulte: Extracción de salmuera .
El proceso implica inicialmente la perforación de agujeros en el depósito de mineral. Se puede usar fracturación explosiva o hidráulica para crear vías abiertas en el depósito para que la solución penetre. La solución de lixiviación se bombea al depósito donde entra en contacto con el mineral. La solución que lleva 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 involucre perforación y voladura, minería a cielo abierto o subterránea .
Proceso
La extracción de lixiviación in situ implica el bombeo de un lixiviante al cuerpo mineral a través de un pozo, que circula a través de la roca porosa disolviendo 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 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 potasa ( silvita y carnalita ), sal de roca (halita) , cloruro de sodio y sulfato de sodio . Se ha utilizado en el estado estadounidense de Colorado para extraer nacolita ( bicarbonato de sodio ). [1] La lixiviación in situ se utiliza a menudo para depósitos que son demasiado profundos o lechos demasiado delgados para la minería subterránea convencional .
Uranio
La lixiviación in situ de uranio se ha expandido rápidamente desde la década de 1990 y ahora es el método predominante para extraer uranio, ya que representó el 45 por ciento del uranio extraído en todo el mundo en 2012. [2]
Las soluciones utilizadas para disolver el mineral de uranio son ácidas ( ácido sulfúrico o, menos comúnmente, ácido nítrico ) o carbonato ( bicarbonato de sodio , carbonato de amonio o dióxido de carbono disuelto ). A veces se agrega oxígeno disuelto al agua para movilizar el uranio. El ISL de 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. Estaba en la cuenca de Shirley en el estado de Wyoming , que operó entre 1961 y 1970 utilizando ácido sulfúrico. Desde 1970, todas las minas ISL a escala comercial en los EE. UU. Han utilizado soluciones de carbonato . [3] La minería ISL en Australia utiliza soluciones ácidas. [4]
La recuperación in situ implica la extracción de agua que contiene uranio (con una graduación tan baja como .05% de U 3 O 8 ). 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 el uranio de la solución. Las resinas cargadas con uranio se transportan luego a una planta de procesamiento, donde se separa el U 3 O 8 de las perlas de resina y se produce la torta amarilla . Las perlas de resina se pueden devolver a la instalación de intercambio iónico donde se reutilizan.
A fines de 2008, había cuatro [5] minas de uranio de lixiviación in situ operando en los Estados Unidos , operadas por Cameco , Mestena y Uranium Resources, Inc., todas usando bicarbonato de sodio. ISL produce el 90% del uranio extraído en Estados Unidos. En 2010, Uranium Energy Corporation inició 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 al desafío económico del proyecto basado en $ 45.00 U 3 O 8 . En 2009 también estaba en funcionamiento un proyecto de recuperación de ISR. [6]
En Kazajstán y Australia están operando importantes minas de ISL . La mina de uranio Beverley en Australia utiliza lixiviación in situ. La minería de ISL representó el 41 por ciento de la producción mundial de uranio en 2010. [7]
Ejemplos de minas de uranio in situ incluyen:
- La mina de uranio Beverley , en Australia del Sur, es una mina de uranio ISL operativa y la primera mina de ese tipo en Australia.
- La mina de uranio Honeymoon , Australia del Sur, se inauguró en 2011 y es la segunda mina de uranio ISL de Australia.
- Crow Butte (en funcionamiento), Smith Ranch-Highland (en funcionamiento), Christensen Ranch (recuperación), Irigaray (recuperación), Churchrock (propuesto), Crownpoint (propuesto), Alta Mesa (en funcionamiento), Hobson (en espera), La Palangana (en funcionamiento) ), Kingsville Dome (en funcionamiento), Rosita (en espera) y Vasquez (restauración) son operaciones de uranio de ISL en los Estados Unidos.
- En 2010, Uranium Energy Corp. inició una operación minera ISL en el depósito Palangana en el condado de Duval, Texas . La instalación de intercambio iónico en Palangana transporta perlas de resina cargadas de uranio a la planta de procesamiento de Hobson de la compañía , donde se produce la torta amarilla . Uranium Energy Corp. tiene tres depósitos adicionales en el sur de Texas permitidos o en desarrollo. [8]
Cobre
La lixiviación in situ de cobre fue realizada por los chinos en el 977 d. C., y quizás ya en el 177 a. C. [3] El cobre generalmente se lixivia usando ácido ( ácido sulfúrico o ácido clorhídrico ), luego se recupera de la solución por extracción con solvente, electrodeposición (SX-EW) o por precipitación química.
Los minerales más susceptibles de lixiviación incluyen los carbonatos de cobre malaquita y azurita , el óxido tenorita y el silicato crisocola . Otros minerales de cobre, como el óxido de cuprita y el sulfuro de calcocita, pueden requerir la adición de agentes oxidantes como el sulfato férrico y el oxígeno al lixiviado antes de que los minerales se disuelvan. Los minerales con el mayor contenido de sulfuro, como la bornita y la calcopirita , requerirán más oxidantes y se disolverán más lentamente. A veces, la bacteria Thiobacillus ferrooxidans acelera la oxidación , que se alimenta de compuestos sulfurosos.
El ISL de cobre a menudo se realiza mediante lixiviación en rebajes , en la que el mineral de baja ley quebrado se lixivia en una mina subterránea convencional actual o anterior. La lixiviación puede tener lugar en rebajes rellenos o en áreas hundidas . En 1994, se informó sobre la lixiviación por rebajes de cobre en 16 minas en los EE. UU.
En la mina San Manuel [9] en el estado estadounidense de Arizona , ISL se utilizó inicialmente para 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 emprendió un programa piloto de tres años para lixiviar mineral de oro in situ en la mina Ajax en el distrito de Cripple Creek en los EE. UU., Utilizando una solución de cloruro y yoduro . Después de obtener malos resultados, quizás debido al complejo mineral de telururo , la prueba se detuvo. [10]
Preocupaciones ambientales
Según la Organización Nuclear Mundial:
En los Estados Unidos, la legislación exige que se restaure la calidad del agua en el acuífero afectado para permitir su uso antes de la extracción. Por lo general, se trata de agua potable o agua almacenada (generalmente menos de 500 ppm de sólidos disueltos totales), y aunque no todas las características químicas se pueden devolver a las anteriores a la extracción, el agua debe poder utilizarse para los mismos fines que antes. A menudo es necesario tratarlo mediante ósmosis inversa, lo que da lugar a un problema en la eliminación de la corriente de salmuera concentrada.
Las protecciones de radiación habituales se aplican en una operación de extracción de uranio de ISL, a pesar de que la mayor parte de la radiactividad del yacimiento permanece bien subterránea y, por lo tanto, hay un aumento mínimo en la liberación de radón y sin polvo de mineral. Los empleados son monitoreados para detectar contaminación por radiación alfa y se usan dosímetros personales para medir la exposición a la radiación gamma. Se lleva a cabo un control de rutina de la contaminación del aire, el polvo y la superficie. [11]
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 molinos de uranio.
Después de la terminación de una operación de lixiviación in situ, los lodos residuales producidos deben eliminarse de manera segura y el acuífero, contaminado por las actividades de lixiviación, debe restaurarse. La restauración de aguas subterráneas es un proceso muy tedioso que aún no se comprende completamente. [ cita requerida ]
Los mejores resultados se han obtenido con el siguiente esquema de tratamiento, que consta de una serie de diferentes pasos: [12] [13]
- Fase 1: Bombeo de agua contaminada: se detiene la inyección de la solución de lixiviación y se bombea el líquido contaminado desde la zona de lixiviación. Posteriormente, el agua subterránea limpia fluye desde fuera de la zona de lixiviación.
- Fase 2: como 1, pero con tratamiento del líquido bombeado (por ósmosis inversa) y reinyección en la antigua zona de lixiviación. Este esquema da como resultado la circulación del líquido.
- Fase 3: como 2, con la adición de un producto químico reductor (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno (H 2 S) o sulfuro de sodio (Na 2 S). Esto provoca la precipitación química y por lo tanto la inmovilización de los principales contaminantes.
- Fase 4: Circulación del líquido mediante bombeo y reinyección, para obtener condiciones uniformes en toda la antigua zona de lixiviación.
Pero, incluso con este esquema de tratamiento, varios problemas siguen sin resolverse: [ cita requerida ]
- Los contaminantes que son móviles en condiciones químicamente reductoras, como el radio, no se pueden controlar.
- Si las condiciones químicamente reductoras se alteran posteriormente por cualquier motivo, los contaminantes precipitados se vuelven a movilizar.
- El proceso de restauración toma períodos de tiempo muy largos, no todos los parámetros pueden reducirse adecuadamente.
La mayoría de los experimentos de restauración reportados se refieren al esquema de lixiviación alcalina, ya que este esquema es el único que se utiliza en las operaciones comerciales in situ en el mundo occidental. Por lo tanto, casi no existe experiencia con la restauración de aguas subterráneas después de la lixiviación ácida in situ, 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 de ácido sulfúrico hasta ahora es la instalación a pequeña escala piloto Nine Mile Lake cerca de Casper, Wyoming (EE. UU.). Por lo tanto, los resultados no se pueden transferir simplemente a instalaciones a escala de producción. El esquema de restauración aplicado incluyó los dos primeros pasos mencionados anteriormente. Resultó que se tuvo 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 utilizó para el período de lixiviación. [14] [15]
En EE. UU., Se restauraron los sitios ISL de Pawnee, Lamprecht y Zamzow en Texas siguiendo los pasos 1 y 2 del esquema de tratamiento mencionado anteriormente. [16] 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. [ cita requerida ]
Un estudio publicado por el Servicio Geológico de EE. UU. En 2009 encontró que "hasta la fecha, ninguna remediación de una operación de ISR en los Estados Unidos ha devuelto exitosamente el acuífero a las condiciones de referencia". [17]
Las condiciones de referencia incluyen cantidades comerciales de U 3 O 8 radiactivo . La recuperación eficiente in situ reduce los valores de U 3 O 8 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 los valores de restauración en sitios de recuperación de uranio in situ" 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 extracción. 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 que se iniciara la minería ". [18]
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 Radiación de Colas de Uranio de 1978, no abordan el proceso relativamente reciente de lixiviación in situ (ISL) de uranio. de los cuerpos de mineral subterráneos. En una carta de febrero de 2012, la EPA declara: "Debido a que el proceso ISL afecta la calidad del agua subterránea, la Oficina de Radiación y Aire Interior de la EPA solicitó el asesoramiento de la Junta Asesora Científica (SAB) sobre cuestiones relacionadas con el diseño y la implementación del monitoreo del agua subterránea en la minería ISL sitios ".
El SAB hace recomendaciones con respecto al 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 extracción 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 posoperatoria ha vuelto a las condiciones anteriores a la extracción 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. [19]
Ver también
- Lixiviación en pilas
- Fracturamiento hidráulico
- Exploración de minerales
Referencias
- ^ Hardy, M .; Ramey, M .; Yates, C .; Nielsen, K. (2003). Minería de solución de nahcolita en el proyecto American Soda, Piceance Creek, Colorado (PDF) . Reunión Anual de Pymes 2003. Archivado desde el original (PDF) el 28 de septiembre de 2007.
- ^ Uranio 2014 , Agencia Internacional de Energía Atómica / Agencia de Energía Nuclear OCED, 2014.
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- ^ "Plantas de lixiviación in situ de uranio de EE. UU. Por propietario, capacidad y estado operativo al final del año" . Informe de producción nacional de uranio . Administración de Información Energética . Archivado desde el original el 24 de mayo de 2012 . Consultado el 19 de septiembre de 2012 .
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- ^ Sutton, Gary (2019). "Reconciliación de Reservas Minerales en la operación de lixiviación de cobre in situ pozo a pozo en la mina San Manuel, Arizona, Estados Unidos". Geología CIM . 10 3T2019: 133–141.
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- ^ "Recuperación in situ de uranio" (PDF) . Consultado el 16 de octubre de 2012 .
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enlaces externos
- Página de información sobre lixiviación ácida de Heathgate Resources