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CAPÍTULO 4

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 Caracterización de la Muestra

Los resultados de la caracterización indicaron la presencia de pirita (FeS2) como

principal componente mineral, así como cuarzo. El mineral tiene un contenido de oro,

plata y otras especies elementales como se muestra en las Tablas I y II. Los análisis de

DRX y EDS confirmaron la presencia de sulfuro de hierro FeS2 y SiO2 como principales

especies, como se muestra en las Figuras 7, 8 y 9. El EDS no detectó la presencia de oro

en las partículas de la mena debido a bajo contenido de oro en ppm, para lo cual se

realizaron los ensayes al fuego para determinar las concentraciones de valores metálicos.

El expectro de DRX muestra la presencia de cuarzo hexagonal y pirita cúbica como

especies principales. El análisis de EDS puntual para dos tipos de partículas observadas,

diferenciadas por sus tonos claro y oscuro, indica que para las partículas oscuras la

presencia de silicio es más marcada que la de hierro y azufre, mientras que en las claras

el patrón elemental del azufre es más notorio que el de silicio, así como el de hierro se

muestra más elevado que en las partículas oscuras.

Tabla I. Resultados del Método de Combinación de Análisis al Fuego, combinado por

Espectroscopia de Absorción Atómica para la Muestra SAS-1

Au (g/t) Ag (g/t) Cu (%) Fe (%) Pb (%) Zn (%)

SAS-1 4 23 0.029 6.33 0.061 0.0068

Tabla II. Resultados de Contenido de Oro y Azufre por Horno LECO y Consumos de

Reactivo del Laboratorio de Minas de Oro Nacional

Muestra Ensayes Au (g/t)

Cabeza

Calc. Au

(g/t)

% Ext. Au Consumo (kg/t) %S

Cabeza Cola Ens Calc CaO NaCN

SAS 1 2.67 1.65 2.66 38.13% 37.97% 4.98 0.86 6.32

Figura 7. Imágenes de Microscopía Elecrónica de Barrido y Espectroscopía de

Dispersión de Energía de Rayos X de la muestra SAS-1 para partículas oscuras.

Figura 8. Imágenes de Microscopía Elecrónica de Barrido y Espectroscopía de

Dispersión de Energía de Rayos X de la muestra SAS-1 para partículas claras.

SAS_1

01-080-0886 (C) - Kaolinite 1A - Al2(Si2O5)(OH)4 - Triclinic - P1 (1) - S-Q 12.0 % - F30=1000(0.0000,36)00-043-1456 (*) - Birnessite, syn - Na0.55Mn2O4·1.5H2O - Monoclinic - C2/m (12) - S-Q 1.9 % - F27=481(0.0019,30)00-024-0076 (D) - Pyrite - FeS2 - Cubic - Pa-3 (205) - S-Q 17.6 % - F17=298(0.0025,23)03-065-0466 (C) - Quartz low, syn - SiO2 - Hexagonal - P3221 (154) - S-Q 68.5 % - F30=1000(0.0001,30)Operations: ImportSAS_1 - File: SAS_1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 60.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 18 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 0.00 ° -

Lin

(Cou

nts)

0

100

200

300

400

2-Theta - Scale10 20 30 40 50

d=7.

1558

9

d=3.

5752

3

d=7.

1558

9

d=4.

2526

1

d=3.

5752

3

d=3.

1272

9

d=2.

7083

2 d=2.

4552

9d=

2.42

249

d=2.

2805

8d=

2.23

693

d=2.

2115

6

d=2.

1265

9

d=1.

9789

9

d=1.

9153

7 d=1.

8179

0

d=1.

6713

5

d=1.

6337

7

d=3.

364

Figura 9. Resultado de Difracción de Rayos X para la muestra SAS-1. El espectro indica

la presencia de cuarzo y pirita, SiO2 y FeS2 respectivamente.

4.2 Pruebas a Condiciones Normales de Presión y Temperatura

La lixiviación a presión atmosférica nos muestra porcentajes de extracción bajos, así

como las pruebas de cianuración caliente en el rango de 40 – 80°C. Las pruebas de

lixiviación atmosférica se llevaron a cabo bajo las siguientes condiciones: relación

sólido/líquido de 30%, concentración de NaCN 300 ppm. , pH≥ 10.5 (CaO), tiempo

lixiviación 72 h, tamaño de partícula con un 80% de la población a tamaño menor a

3/16” (100% -3/8”). Las pruebas de cianuración caliente se realizaron bajo condiciones

de: concentración de NaCN 1%, adición de CaO para control de pH de 10 Kg/ton,

temperatura del rango de 40°C - 80°C, porcentaje de sólidos de 30%, tiempo de 2.5

horas, tamaño de partícula de - 270 mallas (55µm).

Puede observarse en la Figura 10 que el método de lixiviación con cianuro convencional

no muestra resultados de extracción favorables, confirmando la condición de mineral

refractario que tiene la mena aurífera. Las extracciones de oro alcanzan un máximo de

37.96% para lixiviación agitada en tiempos de 72 horas, que para tiempos mayores el

porcentaje de extracción no presenta aumento.

Para las pruebas de cianuración caliente, se observa que para las tres temperaturas

estudiadas no se presenta un cambio en los porcentajes de extracción, alcanzando

valores entre 49 y 54% en tiempos de 0.5 a 2.5 horas como se muestra en la Figura 11.

De nuevo estas pruebas denotan que se requiere otro tipo de tratamiento para lograr

porcentajes deseables de extracción.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Extr

acci

ón d

e A

u, %

Tiempo, h

Figura 10. Resultados de lixiviación a presión atmosférica de la muestra SAS-1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Extr

acci

ón d

e A

u, %

Tiempo, h

40°C

60°C

80°C

Figura 11. Resultados de la cianuración caliente de la muestra SAS-1

4.3 Pruebas Experimentales de Oxidación y Lixiviación a Presión

Las pruebas de oxidación y lixiviación a presión se determinaron los efectos de las

variables de temperatura, presión de oxígeno y concentración de cianuro, se mantuvo

una velocidad de agitación constante y elevada para evitar los efectos de control por

transferencia de masa, se utilizó cal para el control del pH a valores superiores a 10.5

para evitar descomposición de cianuro por formación de ácido cianhídrico a pH menor a

10.0. La mena se redujo de tamaño hasta una fracción de -270 + 325 mallas Tyler (-53 +

47 micras), se utilizó una densidad de pulpa de 25% de sólidos. Los valores estudiados

para las variables fueron: temperaturas de 60, 80, 120 y 150°C, presiones de 603.13 kPa

(87.5 psi), 827.14 kPa (120 psi), 1033.93 kPa (150 psi) y 1378.57 kPa (200 psi) y

concentraciones de cianuro de (0.8, 1.0 y 1.2 % peso con respecto a la solución total).

Las pruebas se realizaron en lotes con tiempo de 1 hora para cada prueba.

4.3.1 Efecto de la Temperatura

En la Figura 12 se muestran los resultados de extracción de oro para las pruebas

experimentales de oxidación y lixiviación simultánea a presión. Se observa que para el

rango de presiones estudiadas, la extracción de oro experimenta un aumento desde

valores de 58% a 60 y 80°C hasta 82% e incluso 86% a partir de los 120°C. Esto

contradice el efecto observado en la cianuración caliente, mostrando que la presión

oxidante tiene un efecto solamente si es mayor a la presión atmosférica.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

Extr

acci

ón d

e A

u, %

Temperatura, °C

603.13 kPa

827.14 kPa

1033.93 kPa

1378.57 kPa

Figura 12. Efecto de la temperatura en la extracción de oro a concentración de cianuro

constante de (0.8% peso).

4.3.2 Efecto de la Presión de Oxígeno

En la Figura 13 puede observarse que en el rango estudiado de presiones de oxígeno, los

porcentajes de extracción no presentan un cambio significativo con el aumento de esta

variable. Al estar involucrado el oxígeno en la ecuación de Elsner para lixiviación con

cianuro, el aumento del oxígeno disuelto en solución debido a la alimentación de

oxidante comercial al reactor, que es la causa más probable de obtener una mayor

extracción de oro bajo condiciones de presión superiores a la atmosférica.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250

Extr

acci

ón

de

Au

, %

Presión de oxígeno, psi

T = 60°C

T = 80°C

T = 120°C

T = 150°C

Figura 13. Efecto de la presión de oxígeno en la extracción de oro a concentración de

cianuro constante de (0.8% peso).

4.3.3 Efecto de la Concentración de Cianuro

Como puede observarse en la Figura 14, el aumento de la concentración del reactivo

lixiviante en el rango de valores estudiados no presenta un efecto significativo. Cabe

mencionar que es un aspecto favorable ya que no se requiere una concentración de

reactivo mayor a 0.8% peso. para lograr valores aceptables de extracción de oro. Aunque

se encuentra en la ecuación de Elsner el ion cianuro, el aumento en la concentración de

este compuesto no aumenta el porcentaje de extracción de manera significativa,

posiblemente debido a que el valor de (0.8% peso) de reactivo contiene un exceso que se

consideró al inicio de la experimentación, para evitar pérdidas por elementos como Cu,

Mn, Pb, Zn, Al, etc., que son llamados cianicidas, que provocan un gasto innecesario de

cianuro de sodio.

Al comparar los porcentajes de extracción en los procesos de lixiviación a presión

atmosférica y lixiviación a presión y oxidación simultánea, puede apreciarse que los

obtenidos en el reactor a presión son altos, y fueron obtenidos en un tiempo mucho

menor. Se aprecia un efecto similar en el estudio de las operaciones de oxidación y

lixiviación con cianuro por separado, donde los porcentajes de extracción son

directamente afectados por la oxidación de los sulfuros y por la formación de tiocianato

por la presencia de FeS2, y incrementándose de 20% al 70% de extracción de oro. Los

resultados experimentales muestran que el efecto de la temperatura es mayor que el

efecto de la presión en los porcentajes de extracción. Es posible que el tiempo de

reacción de una hora, considerado como suficiente para un caso ya probado por Parga en

2007, no haya sido suficiente para formar la capa porosa del producto oxidado para la

pirita en solución alcalina. Es posible que se deba a diferencias en la mineralogía. Se

puede suponer que posiblemente por estas condiciones de oxidación parcial, la presión

de oxígeno no mostró tener un efecto mayor en el porcentaje de extracción.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.5 1 1.5

Extr

acci

ón d

e A

u, %

Concentración de NaCN, % peso

60°C

80°C

120°C

150°C

Figura 14. Efecto de la concentración de cianuro en la extracción de oro, a presión de

oxígeno constante de 601.13 kPa (87.5 psi)

4.4 Cinética de Oxidación y Lixiviación a Presión

Se presentan los resultados de las pruebas cinéticas. La Figura 15 muestra los

porcentajes de extracción de oro contra el tiempo, donde se muestra una tendencia hacia

los porcentajes de extracción ya mencionados en los experimentos por lotes. Las pruebas

cinéticas que se realizaron mostraron ser las condiciones en porcentajes de extracción

más favorables en las pruebas por lotes de oxidación y lixiviación a presión, como

condiciones que pueden considerarse como favorables en cuestión de consumo de

reactivo lixiviante y materiales de construcción de un reactor a nivel piloto, es decir, se

seleccionaron los valores de la concentración de cianuro y de presión más bajos,

considerando que los efectos del aumento de estas variables no muestran tener un efecto

significativo. Los valores de presión y concentración de cianuro de sodio fueron 87.5 psi

y 0.8% peso de NaCN. Se varió la temperatura con el fin de ajustar los datos a un

modelo cinético de lixiviación, para este caso se tomó el modelo de núcleo decreciente

suponiendo partículas esféricas.

4.4.1 Ajuste a un Modelo Cinético de Lixiviación

Se exhiben los resultados de las pruebas cinéticas continuas en la Figura 10, graficando

los porcentajes de extracción contra tiempo de reacción a tres distintas temperaturas.

Posteriormente se toma la ecuación del modelo de núcleo decreciente para control por

difusión a través de la capa de producto, (13), utilizando α como la fracción reaccionada

de la mena y t como el tiempo de reacción. Al graficar la parte izquierda de la ecuación

contra el tiempo (Figura 16), se obtiene una gráfica recta con una pendiente que equivale

a la constante cinética, k, que se utiliza en el cálculo de la energía de activación (Tabla

III).

Posteriormente se construye una gráfica de Arrhenius (Figura 17) para determinar el

valor de la energía de activación, el cual permite saber si la cinética de la reacción

química está controlada por el transporte por difusión de los reactivos hacia la superficie

de la partícula o por la reacción química superficial, con valores menores a 20 kJ/mol y

mayores a 40 kJ/mol para cada etapa controlante respectivamente. La ecuación de

Arrhenius en su forma logarítmica nos indica que los datos de las constantes cinéticas k

contra el inverso de los valores de temperatura absoluta trabajados, nos da una gráfica

cuya pendiente negativa es igual a la energía de activación de la reacción sobre la

constante de los gases ideales, con la cual se hace el cálculo, expresando en kJ/mol el

valor de .

(17)

El índice de correlación de los datos cinéticos en cuanto a si concordancia con el

modelo, para las temperaturas de 90 y 110°C, se considera baja, del orden de 0.62 a 0.70

para 90 minutos de reacción. Cabe mencionar que para los primeros 60 minutos a estas

dos temperaturas, la concordancia con el modelo es del orden de 0.92 a 0.96. El

comportamiento de la reacción a esas temperaturas a tiempos mas allá de 60 minutos

podría deberse a que la oxidación de la partícula ha llegado a un punto donde la partícula

comienza a exponer las superficies de las partículas de oro y la lixiviación se vuelve más

eficiente.Los valores de las pendientes k para las ecuaciones del modelo de control por

difusión y las tres distintas temperaturas se expresan en la tabla III.Se utilizó el modelo

de núcleo decreciente de control por reacción química de superficie, expresado en la

ecuación (11), es decir:

Se graficaron los datos y se hizo una gráfica de Arrhenius conforme a este modelo

(Figuras 18 y 19), de manera similar al modelo de control por difusión a través de la

capa de producto (Figuras 16 y 17) y de control mixto (Figuras 20 y 21).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

Extr

acci

ón d

e or

o, %

Tiempo, min

110°C

90°C

120°C

Figura 15. Resultados de pruebas de oxidación y lixiviación a presión, para extracción

de oro contra tiempo a tres distintos valores de temperatura. Condiciones de 0.8%w. de

NaCN y 87.5 psi.

y = 0.000x + 0.001R² = 0.952

y = 0.001x + 0.017R² = 0.842

y = 0.002x + 0.019R² = 0.941

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60 70

1-2�

/3-(

1-�)

^(2/

3)

Tiempo, min

90°C

110°C

120°C

Lineal (90°C)

Lineal (110°C)

Lineal (120°C)

Figura 16. Gráfica de los datos de extracción de oro contra tiempo, para los tres valores

de temperatura estudiados en un período de tiempo de 60 minutos, utilizando el modelo

de núcleo decreciente de control por difusión a través de la capa de producto.

Figura 17. Gráfica de Arrhenius para el cálculo de la energía de activación de la

oxidación y lixiviación simultánea a presión usando el modelo de control por difusión a

través de la capa de producto.

y = 0.003x + 0.042R² = 0.872

y = 0.004x + 0.104R² = 0.726

y = 0.007x + 0.121R² = 0.835

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 10 20 30 40 50 60 70

1-(1

-�)^

(1/3

)

Tiempo, min

90°C

110°C

120°C

Lineal (90°C)

Lineal (110°C)

Lineal (120°C)



de núcleo decreciente de control por reacción química.

y = -3.706x + 4.337R² = 0.853

-6

-5.9

-5.8

-5.7

-5.6

-5.5

-5.4

-5.3

-5.2

-5.1

-5

-4.9

2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8

ln k

1000/T, K


oxidación y lixiviación simultánea a presión usando el modelo de control por reacción

química.

y = 0.002x + 0.020R² = 0.908

y = 0.003x + 0.064R² = 0.776

y = 0.006x + 0.074R² = 0.892

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 10 20 30 40 50 60 70

1-2�

/3-(

1-�)

^(2/

3)+0

.45*

(1-(

1-�)

^(1/

3))

Tiempo, min

90°C

110°C

120°C

Lineal (90°C)

Lineal (110°C)

Lineal (120°C)



de núcleo decreciente de control mixto.

y = -4.841x + 7.048R² = 0.876

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8

ln k

1000/T, K


oxidación y lixiviación simultánea a presión usando el modelo de control mixto.

Los cálculos de las energías de activación conforme a los modelos químico y mixto se

muestran en las Tablas IV y V.

4.4.2 Cálculo de Energía de Activación

El valor calculado de la energía de activación sugiere un control mixto entre un control

por reacción química en la superficie de las partículas y un control por difusión de los

reactivos hacia los sitios de reacción en la mena procesada. Esto puede deberse a que la

oxidación llevada a cabo dentro del reactor sea parcial y que la tortuosidad de los poros

del producto formado cause un cambio en el control, haciendo que el transporte de masa

se vuelva controlante.

El valor de calculado por el modelo de control químico también sugiere un control

mixto del proceso, sin embargo los valores de correlación para la gráfica de Arrhenius

para este modelo es mayor que la del control por difusión en la capa de producto, siendo

0.853 contra 0.8227.

Tabla III. Cálculo de la energía de activación según gráfica y ecuación de Arrhenius para

el modelo de control por difusión a través de la capa de producto. T, °C pendiente, k T, K 1000/T ln k (- /R) , kJ/mol

90 0.0008 363.15 2.75368305 -7.13089883 -4.574 38.0303949 110 0.0011 383.15 2.60994389 -6.8124451 120 0.0023 393.15 2.54355844 -6.07484616

Tabla IV. Cálculo de la energía de activación según gráfica y ecuación de Arrhenius

para el modelo de control por reacción química. T, °C pendiente, k T, K 1000/T ln k (- /R) , kJ/mol

90 0.003 363.15 2.75368305 -5.80914299 -3.706 30.8134332 110 0.004 383.15 2.60994389 -5.52146092 120 0.007 393.15 2.54355844 -4.96184513

Tabla V. Cálculo de la energía de activación según gráfica y ecuación de Arrhenius para

el modelo de control mixto. T, °C pendiente, k T, K 1000/T ln k (- /R) , kJ/mol

90 0.002 363.15 2.75368305 -6.2146081 -4.841 40.250359 110 0.003 383.15 2.60994389 -5.80914299 120 0.006 393.15 2.54355844 -5.11599581

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