como diseñar una pila de lixiviacion

1. ELEMENTOS DE DISEÑO DE PILAS DE LIXIVIACIÓN
I. INTRODUCCIÓN
El uso de pilas de lixiviación para la extracción de metales diseminados o en bajas
concentraciones se a convertido en uno de los métodos más populares en los últimos
tiempos y muchos de los proyectos de este tipo han sido desarrollados en minas del
Perú. Los proyectos más grandes incluyen a Cerro Verde, Southerm Perú
CopperCorporation y Yanacocha, y esta tecnología puede ser aplicable para el
tratamiento deminerales de otras minas en el país.La aplicación de la lixiviación en
pilas o botaderos depende en primera instancia de lamineralogía, ya que no todos los
minerales pueden ser tratados de esta manera. Elpresente trabajo no pretende
desarrollar los temas de mineralogía o metalúrgia, sino sepresenta como una discusión
técnica de los aspectos geotécnicos e ingenieriles deldiseño de pilas de lixiviación en el
Perú.La experiencia nos demuestra que este tipo de operación puede ser
empleadasatisfactoriamente y operada bajo una amplia variedad de circunstancias y
para unavariedad de minerales. Este trabajo enfoca particularmente los aspectos de
Estabilidad dela Pila, Manejo de Soluciones y Selección del Revestimiento.
El diseño de una pila de lixiviación depende enormemente del tipo de mineral a
serlixiviado, la ubicación de la mina, el clima y el terreno. Estos factores
estáncompletamente fuera del control del planificador o de los que desarrollan el
proyectominero, sin embargo, tienen que ser considerados si el proyecto ha de operar
de manerasatisfactoria. El mineral puede ser duro, una roca competente o un suelo,
roca alterada, yla mineralogía puede ser tal que la composición del mineral cambie
durante o después dela lixiviación. Esto es más común en el caso de minerales de
cobre, donde la ganga ominerales arcillosos son alterados por el ácido empleado al
lixiviar el cobre, reduciendo elmineral a un suelo arcilloso de baja permeabilidad.
Generalmente la altura de la pila delixiviación no será lo suficientemente alta como
para fragmentar mecánicamente elmineral, pero en rocas suaves esto debe ser
considerado. La composición del mineral y eltipo de lixiviante determina la
permeabilidad del mineral en la pila. La permeabilidad esimportante, ya que la
presencia de un nivel freático dentro de la pila puede afectar laestabilidad de la pila, el
proceso químico de la lixiviación y el inventario de solución ricaalmacenada en la
pila.La ubicación de la mina puede impactar grandemente en los costos de
construcción de lapila de lixiviación. En algunos casos es favorable transportar el
mineral largas distanciaspara el procesamiento a un lugar donde los costos de
construcción de la planta detratamiento son más bajos. Típicamente, la lixiviación en
pilas es favorable enoperaciones con alto volumen y bajas leyes de mineral y en donde
el costo del transportedel mineral no resultaría económico. En la mayoría de los casos,
entonces, las pilas delixiviación serán construidas cerca a la mina, en un terreno que
requiera algúnmovimiento de tierra y serias consideraciones de estabilidad de la pila.
El clima afecta grandemente a la operación de una pila de lixiviación, ya que el
principalconstituyente del lixiviante es el agua. Una escasez de agua previene la
lixiviación delmineral. Un exceso de agua diluye la solución lixiviante, reduciendo la
eficiencia delproceso de extracción. La contención de la solución es importante por
razoneseconómicas, pero también por razones ambientales. Grandes precipitaciones
ocasionanuna acumulación de agua de lluvia en el sistema que reducen la ley de
cabeza de lasolución e incrementan el riesgo de que el sistema sobrepase sus límites.
En el caso quela capacidad del sistema sea excedida, el ambiente podría ser
contaminado. Además, elcontenido metálico extraído se perdería. Un diseño pobre o un

2. manejo deficiente delsistema puede afectar potencialmente tanto a la economía del
proyecto como a lacontaminación del ambiente.
2. EL MINERAL
Para el diseño de una pila de lixiviación es importante considerar tanto la resistencia
delmineral como su permeabilidad. Estas propiedades son gobernadas por la
mineralogíadel mineral y la cantidad de chancado que es empleada para preparar el
mineral para lalixiviación.Un mineral fino tendrá baja permeabilidad, algunos otros son
suelos suaves y no rocadura, estos se consolidarán bajo la carga. Cada cuerpo
mineralizado es distinto y debeser evaluado separadamente. Esto puede ser ilustrado
con el hecho que en algunasminas el mineral es lixiviado tal como sale del tajo,
después de la voladura, sin emplearchancado, mientras que en otras, el mineral debe
ser chancado a partículas menores de9 mm. Además, la composición del mineral puede
ser alterada durante la lixiviación. Estoes muy común en operaciones de lixiviación de
cobre donde la ganga puede serdescompuesta para formar minerales arcillosos bajo la
influencia del ácido. El diseñadordebe entonces predecir las propiedades del mineral
durante y después de la lixiviación,cuando el mineral ha sido consolidado y
posiblemente alterado químicamente.
La permeabilidad es generalmente determinada empleando un ensayo de
permeabilidadde cabeza constante mientras se simula la carga que deberá soportar
debido a la alturade la pila. La permeabilidad de minerales finos decrecerá con el
incremento de la carga.Minerales más gruesos son menos sensibles. La permeabilidad
del mineral limita lavelocidad de percolación del lixiviante. La ubicación de la superficie
freática en la pila esimportante cuando se considera la estabilidad de la pila y, en el
caso de operaciones delixiviación de minerales de cobre, la recuperación se reduce
grandemente si el mineralestá saturado. Un buen sistema de drenaje ayudará en el
control del nivel freático.Medir la resistencia al corte del mineral puede ser difícil para
mineral grueso o aquel queproviene directo de la mina. Cuando los ensayos de corte
directo no pueden serrealizados en el laboratorio, ensayos y observaciones de campo
pueden proveer valiosainformación. El ángulo natural de reposo de una pila de mineral
es un indicadorrazonablemente preciso de la resistencia interna al corte. Ensayos a
menor escalapueden ser realizados rápidamente empleando la cuchara de un cargador
frontal o latolva de un volquete, volteando el material hasta que empiece a deslizarse
sobre simismo.
3. LA UBICACIÓN
En algunos casos sólo existirá un solo lugar adecuado para una pila de lixiviación,
peronormalmente habrá que seleccionar entre varias opciones. El costo de
construcción debeser evaluado contra el costo de transporte y el riesgo ambiental
cuando se seleccione ellugar.Una pila de lixiviación requerirá de un área
razonablemente grande. De emplearse para elapilamiento métodos mecánicos, las
pendientes de la plataforma son muy importantes ydeberán mantenerse en el orden
del 5%. Cuando se utilice camiones para el apilamiento,las tolerancias son menos
exigentes y generalmente se usa la topografía existente y seconstruyen bermas de
estabilidad para asegurar el pie de la pila. La topografía en el Perúes pocas veces plana
y por ende el costo de movimiento de tierras es considerable sinimportar que
configuración se seleccione.
El riesgo ambiental puede limitarse reduciendo la exposición de superficie a la
escorrentíay evitando las cuencas que estén habitadas aguas abajo. Generalmente es
una buenaidea mantener todas las instalaciones en una sola cuenca e identificar áreas
potencialespara la expansión desde un inicio.La plataforma de lixiviación requerirá de

3. una poza para la colección de la solución rica, yposiblemente otras que colecten y
almacenen el agua de tormentas durante la época delluvia. La ubicación de estas pozas
también tiene que ser considerada.
4. ESTABILIDAD DE LA PILA
La estabilidad de la pila dependerá de la resistencia y el grado de saturación del
mineral;las condiciones de cimentación y del sistema de revestimiento. Además, hay
queconsiderar el riesgo sísmico ya que es una realidad en el Perú.
4.1. Colección de la Información
La información que se requiere colectar para poder efectuar un análisis de
estabilidaddebe incluir lo siguiente:

Una investigación geotécnica de campo para determinar la profundidad y
consistenciadel suelo bajo la superficie. Esto puede involucrar ensayos in situ, pero
generalmentese colectarán muestras para ensayos de consolidación y resistencia. Una
buenainvestigación proveerá suficiente información que permitirá el desarrollo de un
planogeológico desde la superficie hasta el basamento rocoso. El programa
deinvestigación generalmente se paga solo ya que permitirá que el diseño sea
costoefectivo.

Ensayo de los materiales. Los materiales de cimentación y el mineral deben
serensayados para determinar la resistencia y la permeabilidad del material.
Materialesde grano fino pueden ser ensayados empleando una máquina triaxial y
materialesmás gruesos con un permeámetro uniaxial y corte directo.
Ensayos de columna son generalmente empleados para determinar las propiedadesde
lixiviación del mineral. Generalmente se realiza un ensayo de drenaje una vez quese ha
concluido el ciclo de lixiviación, y esto proporciona una buena indicación de
lapermeabilidad del mineral. Una muestra de mineral después de lixiviado debe
serensayada para determinar si las propiedades han sido alteradas por el lixiviante.
Ladensidad y humedad relativa del mineral después de lixiviado también se requiere,
yaque esto representa las condiciones que deben esperarse en la pila.
4.2. Análisis de Estabilidad
La estabilidad de los taludes dependerá de las propiedades de resistencia del material,
laaceleración sísmica y la geometría. Siendo difícil modificar las propiedades de
resistenciadel material o la sismicidad en la región, la geometría debe ser diseñada de
tal maneraque provea una adecuada estabilidad.Generalmente, se consideran dos tipos
de falla: una con superficie circular o casi circulary la otra en bloque. Análisis de fallas
tipo bloque arrojan generalmente valores menoresde factor de seguridad, ya que el
revestimiento debajo de la pila tiene una menorresistencia que el mineral o la
cimentación.
Fig. 4.1 Tipos de Falla de las Pilas de Lixiviación
La construcción de bancos en la pila permite obtener ángulos de talud general
másechados y se pueden lograr fácilmente donde las pilas se construyen por capas.
Lageometría de las pilas puede ser por lo tanto manipuladas de tal manera que el
factor deseguridad de la pila pueda ser alcanzado. Típicamente taludes de 2 horizontal
a 1 verticalson considerados razonables, con taludes más echados en zonas críticas.

4. Las cargas sísmicas deben ser consideradas seriamente en toda estructura que
seconstruye en el Perú. Las aceleraciones del terreno anticipadas están bien
documentadaspara la mayoría de las regiones y localmente se colecta información que
permita efectuarun análisis de riesgo sísmico. Se acostumbra considerar el sismo de
diseño para ciertoperiodo de retorno, generalmente 1:500 años, que es ligeramente
menor que el máximoterremoto esperado. Se espera que las instalaciones diseñadas
puedan seguir operandoaun después de la ocurrencia de un sismo de diseño.El
desplazamiento de la pila durante un evento sísmico máximo esperado deberá
serestimado y tendrá que tomarse en cuenta en el diseño. La intención aquí será la
demantener contenida a la solución y a la pila en todo momento, a pesar que existan
dañosal sistema.
4.3. Elementos Empleados para Mejorar la Estabilidad
Generalmente el modo de falla es tipo bloque a lo largo de la línea de interfases en
labase de la pila. Esta es una función del bajo ángulo de fricción entre el
revestimientosintético y el suelo fino colocado debajo de él.Comúnmente se utiliza una
membrana sintética como el revestimiento impermeable bajola pila, y requiere una
capa de protección de suelo fino debajo de ella. Este suelo fino esgeneralmente
diseñado para actuar como una segunda capa impermeable de existirmaterial
adecuado.Típicamente la membrana sintética es suave y presenta una zona de baja
resistencia.Angulos de fricción típicos varían de Ø = 10° y Ø = 20°, dependiendo de este material y
lanaturaleza del suelo empleado como capa de protección. El ángulo de fricción puede
sermejorado si se emplea un revestimiento sintético texturado. La textura es
generadarociando material sintético sobre la lámina en un lado de la membrana o en
ambos ypuede mejorar la resistencia al corte de las interfaces
suelo/membrana.Cuando no es posible cambiar el talud de la plataforma, el uso de
bermas de estabilidaden el pie puede producir resultados aceptables. La construcción
de las bermas puede serdifícil si no se hace con cuidado y los taludes no deben ser
muy empinados.
El talud seguro de la pila dependerá de la resistencia del mineral y será algo menor
que elángulo natural de reposo. Es por lo tanto normal emplear retiros para mantener
un taludgeneral de 2H:1V o menor. La falla de taludes de banco debido a saturación
local olavado serán depositadas en estos retiros o banco de seguridad. Estos bancos
limitan lacantidad de material que llega hasta la base de la pila y posiblemente dañe
elrevestimiento y las instalaciones abajo.
Figura 4.1 Sección Típica de la Plataforma de Lixiviación5. Manejo de la
Solución
La solución lixiviante contiene bajas concentraciones de elementos químicos que
puedenser dañinos para el ambiente y valores de metales que deben ser recuperados
para servendidos. Por ello es imperativo que la solución sea manejada apropiadamente
y quebajo ninguna circunstancia se pierda. Lograr una operación con descarga cero
alambiente depende de la ausencia de fugas, así como de proveer una
adecuadacapacidad de almacenamiento para el agua de lluvia colectada en la pila de
lixiviación. Lapila de lixiviación deberá tener por lo tanto un sistema de recubrimiento
adecuado,bermas perimetrales para mantener la solución dentro y para almacenar la
solución antesde ser procesada y posiblemente pozas adicionales para almacenar el
agua de lluvia y detormentas.

5. 5.1. Balance de Agua
Estimar las necesidades de agua en las instalaciones, de almacenamiento o
detratamiento y descarga de agua es esencial para el planeamiento de instalaciones
dedescarga cero. Esto requiere de información meteorológica de lluvias y evaporación,
asícomo información acerca del tamaño de la plataforma de lixiviación y de la cantidad
demineral a ser lixiviado.Almacenamiento puede ser requerido aún si existiera mayor
evaporación queprecipitación cada año ya que en esos meses la precipitación excederá
a la evaporación.Los siguientes elementos constituyen los parámetros para el balance
de agua:

Cuenca de la plataforma de lixiviación y de las pozas,

Área de la superficie de lixiviación donde puede ocurrir evaporación,

Área de la superficie de las pozas donde puede ocurrir evaporación,

Contenido de humedad inicial del mineral,

Contenido de humedad del mineral después de lixiviado,

Cantidad de mineral colocado en la pila,

Precipitación,

Ratio de evaporación.Es común calcular la ganancia o pérdida neta de agua
mensualmente y de esta maneradeterminar:

si el abastecimiento de agua esta creciendo o decreciendo,

el volumen de almacenamiento requerido,

el volumen de agua para completar las necesidades,
si se acumulará un exceso de agua a lo largo de la vida del proyecto. Si este fuese
elcaso, el agua excedente deberá ser tratada para cumplir con los límites permisibles
yluego descargada al ambiente.Datos meteorológicos confiables son necesarios para
efectuar el balance de agua, siendo20 años de registro considerados como razonable
cantidad de información. Donde noexisten registros, se puede estimar un valor
empleando información de lugares cercanos.Debe considerarse un factor adicional
debido a la inexactitud de este estimado y larecolección de información en el lugar
deberá iniciarse cuanto antes con el fin decomprobar el estimado elaborado.
5.2. Agua de Tormenta
La contención de agua de tormenta es imperativa y es generalmente
consideradaindependiente del balance de agua. Se acostumbra considerar un evento
que ocurriríadurante 24 horas cada 100 años, sin embargo se recomienda que se
considere doseventos de 24 horas en 100 años para la región costera del Perú.Dos
consideraciones importantes son:

El agua colectada en la plataforma de lixiviación y en las pozas no deberá exceder
lacapacidad de la plataforma o las pozas.


6. Agua procedente de fuera de las instalaciones no deberá fluir hacia o dentro de
laplataforma o las pozas.El diseño por lo tanto deberá considerar canales de derivación
y detalles alrededor de losbordes de la plataforma de lixiviación para mantener el agua
de tormenta fuera delsistema. Se deberá considerar en el diseño de las pozas el agua
proveniente de laplataforma.
5.3. Medidas para Limitar la Evaporación o Agua de Lluvias
Diversos tipos de aspersores o rociadores están disponibles para la irrigación de las
pilas.Diferentes sistemas resultan en mayor o menor evaporación y la operación puede
seracomodada de tal manera que se cumplan los requisitos de balance de agua. Si
losoperadores desean ahorrar agua, un sistema de riego por goteo puede ser utilizado.
Para reducir el área de captación de la plataforma de lixiviación, es común la
construcciónde la plataforma necesaria para ese año únicamente. Espacio de
plataforma adicional seconstruirá a medida que sea requerida. En áreas de altas
precipitaciones plataformas nopermanentes (on - off) pueden ser más económicas que
tratar un volumen considerablede agua.El empleo de cobertores para evitar que el
agua de lluvia ingrese a las pilas han sidorecientemente empleados en Yanacocha con
resultados satisfactorios. Este sistemareduce efectivamente el área de captación de la
plataforma de lixiviación y se puedearreglar de tal manera que no estorbe la carga de
la pila.
Figura 5.1 Esquema del Balance de Agua6. SELECCIÓN DEL REVESTIMENTO
La selección del sistema de revestimiento dependerá de los productos disponibles,
delcosto, y del servicio requerido. Por ejemplo, en una plataforma on - off donde el
mineralserá apilado 5 m de alto seis veces al año tiene diferentes requerimientos que
una pilapermanente de 100 m de altura.
Diferentes materiales han sido utilizados en el pasado para este fin,
incluyendorevestimiento con suelos, asfalto, concreto, suelos reforzados con
bentonita,geomembranas y sin revestimiento cuando la geología lo ha permitido. En la
mayoría deestos casos un revestimiento ha sido necesario y beneficioso, es necesario
para protegerel ambiente y puede generalmente ser justificado basándose en los
metales que sonretenidos en el sistema.Más recientemente el uso de revestimientos
con membranas sintéticas es el método máspopular debido a la facilidad de instalación,
la calidad de la instalación y el costo. Variasinstalaciones de este tipo de se han
realizado en el Perú, y se ha desarrollado granexperiencia local en este tipo de
instalaciones.
6.1. Configuraciones del Revestimiento
Membranas sintéticas son fabricadas de Cloruro de Polivinilo (PVC) o de polímeros
depolietileno de varios grados, cada uno de los cuales esta disponible en varios
espesores.El costo es aproximadamente proporcional al espesor de la
membrana.Diversas configuraciones han sido utilizadas satisfactoriamente en el
pasado, las máscomunes se ilustran abajo:
Figura 6.1 Ejemplos de Configuración para las Capas de Protección
Impermeables
El uso de revestimientos compuestos por una capa de suelo de baja
permeabilidaddebajo de una membrana, es altamente efectivo y provee mayor

7. seguridad contra fugas.La disponibilidad de suelos de baja permeabilidad en la zona,
puede ser utilizada demanera barata para proveer un mejor producto final.
6.2. Sistema de Drenaje
Es común colocar algún sistema de drenaje bajo la pila y por encima del
revestimientocon la finalidad de reducir la cantidad de solución almacenada en la pila y
la cabeza en elrevestimiento. La reducción de la presión sobre el revestimiento reduce
la posibilidad defugas a través del revestimiento de existir pequeños agujeros en la
membrana. Un buendrenaje es por lo tanto muy importante para la reducción de
pérdidas del sistema.
Generalmente se emplean tuberías, el espacio entre tubos es una función de la
pendientede la plataforma y de la permeabilidad del mineral. Las tuberías
generalmente se instalanen una capa de grava limpia de drenaje directamente sobre el
revestimiento o sobre unacapa protectora de arena.
6.3. Pruebas en el Sistema de Revestimiento
Una vez seleccionada la configuración deseada, es necesario probar
diferentesespesores de membranas para asegurar que se comportarán tal como se
desea. Estetipo de pruebas consiste en preparar una muestra de la sección del
revestimiento yaplicar sobre ella una carga normal equivalente a la que sería impuesta
por la pila. Estacarga puede ser considerable. Por ejemplo, una pila de 80 metros de
altura resultaría enuna carga de compresión bajo la pila de aproximadamente 1.5 MPa.
El objetivo esmostrar que el revestimiento no será dañado bajo la carga de
diseño.Ensayos a mayores escalas pueden realizarse en la sección completa incluyendo
lastuberías y la capa de drenaje, para comprobar la integridad del sistema completo
derevestimiento y drenaje. Equipos muy sofisticados son necesarios para este tipo
deensayos debido a las altas cargas que hay que simular.
Figura 6.2 Instalación Típica para la Prueba de Integridad de la Capa de
Protección7. CONCLUSIONES
Es importante considerar el mineral y el ambiente en el cual se va a operar la pila
delixiviación si se desea que el diseño sea apropiado. El uso de los materiales de la
zona,puede en muchos casos resultar en un diseño costo efectivo que provea un alto
grado deprotección ambiental.Se ha ilustrado que es necesario una detallada
información del clima para el diseño deuna instalación de pilas de lixiviación, y que se
debe tener mucho cuidado en laestimación de esta información a partir de estaciones
alejadas.La estabilidad de la pila es clave para una operación exitosa a largo plazo y
por lo tantodebe ser evaluada en detalle. La resistencia en la interfase del
revestimiento es crítica yesta capa es generalmente el plano de falla preferencial. La
determinación del ángulo defricción en esta interfase empleando para ello ensayos de
corte directo es esencial.
http://es.scribd.com/doc/54229264/Diseno-Pila-Lixiviacion