Como funciona um tanque de lixiviação CIL ou CIP: seis partes que decidem a recuperação do ouro

Dentro de um tanque de lixiviação CIL: as seis partes que decidem o contato carbono-ouro

Um tanque de lixiviação de carbono não é uma panela agitada com carbono jogado dentro dela. É um reator confuso, aerado e de rotação lenta, no qual três eventos devem ocorrer no mesmo metro cúbico de polpa ao mesmo tempo: o cianeto dissolve o ouro da superfície do minério, o oxigênio dissolvido mantém essa dissolução em movimento e o carvão ativado adsorve o complexo ouro-cianeto com rapidez suficiente para vencer os minerais de ganga que, de outra forma, o roubariam. Cada detalhe mecânico dentro do invólucro existe para manter esses três eventos acontecendo juntos, e cada um deles pode ser o motivo pelo qual uma planta não atinge sua meta de recuperação.

A consequência prática é simples: um tanque CIL é dimensionado pela química, mas falha pela mecânica. Quando uma planta relata que o carbono “não está coletando ouro”, a causa raiz é mais frequentemente uma zona de sedimentação, uma tela cega, um eixo torto ou uma linha de ar que foi silenciosamente bloqueada do que uma falha no minério ou na dosagem do reagente.

Como a celulose viaja através de um trem-tanque CIL

A polpa entra no primeiro tanque, cai em cascata por gravidade através da lavagem até o segundo e continua por seis a doze tanques em série. A retenção total em um circuito CIL geralmente ocorre entre 20 e 30 horas, o que equivale a cerca de 3 a 5 horas por tanque. A cascata funciona porque os tanques ficam sobre uma fundação escalonada com 300 a 500 mm de queda livre entre os estágios; se a queda for muito pequena e a polpa voltar, se for muito grande, você areja a roupa em vez do tanque.

O teor de ouro em solução cai abruptamente ao longo do trem, e a forma dessa queda indica se o circuito está saudável. Um perfil normal é assim:

Se o tanque 4 ainda carrega 3 mg/L enquanto o tanque 6 carrega 2,5 mg/L, a cauda do trem não está realizando nenhum trabalho e o circuito está em curto-circuito. Esse padrão é quase sempre mecânico: sólidos grosseiros contornando uma tela, uma zona morta sob um aspersor mal colocado ou carbono que parou de se mover entre os estágios.

O carbono corre na direção oposta. O carbono fresco ou regenerado é adicionado ao último tanque, transportes aéreos ou transferências movem-no um estágio rio acima a cada 12 a 24 horas, e o carbono carregado é removido do primeiro tanque a 2.000 a 7.000 g/t antes de ir para a eluição. Como o carbono e a celulose se movem em direções opostas, o carbono sempre encontra a solução mais rica no tanque onde o teor de ouro é mais alto, e a celulose recém-lixiviada encontra o carbono mais limpo no último tanque. Esse arranjo em contracorrente é o que permite que um circuito bem executado aumente a recuperação de 92% a 95% no minério de óxido de moagem livre.

O inventário de carbono é tão importante quanto o grau de carbono. Com uma concentração típica de celulose de 10 a 25 g/L, um volume de trabalho de 100 m³ contém de 1 a 2,5 toneladas de carbono por estágio, portanto, um trem de seis tanques transporta de 8 a 15 toneladas. Perder meia tonelada por mês para detectar falhas e danos nas bombas é um custo anual de cinco dígitos que nunca aparece num relatório de recuperação.

CIP e CIL: o mesmo tanque, um trabalho diferente

Num circuito CIP a lixiviação termina antes da chegada do carbono. Quatro a oito tanques de lixiviação com cianeto e ar fazem a dissolução, e os tanques de adsorção que se seguem retêm carbono e nada mais. Num circuito CIL, o carbono fica nos próprios tanques de lixiviação, de modo que a dissolução e a adsorção competem pelos mesmos íons de ouro no mesmo recipiente. Essa única diferença orienta quase todas as decisões de projeto subsequentes, desde a contagem de tanques até o consumo de carbono.

A comparação não é sobre qual processo é melhor em abstrato. É sobre quão rápido seu minério libera ouro e quão agressivamente sua gangue tenta recuperá-lo. Um minério que é lixiviado em quatro horas ganha pouco com o CIL e paga por isso com desgaste de carbono; um minério que precisa de trinta horas, ou aquele que contém material carbonáceo que adsorve ouro da solução, perderá vários pontos percentuais de recuperação em um circuito CIP, não importa quão bem a seção de adsorção seja operada.

Mistura, ar e oxigênio: as três entradas que decidem a recuperação

A agitação tem que ser suspensa, não apenas agitada

O alvo clássico é a velocidade recém-suspensa, a rpm do impulsor na qual nenhuma partícula permanece imóvel no fundo por mais de um a dois segundos. Passe por baixo dele e os sólidos grosseiros constroem uma cama no cone, levando ouro e carbono com eles. Corra muito acima dele e você não comprará nada, exceto fadiga do eixo, maior consumo de energia e mais atrito de carbono contra o impulsor e os defletores. Na prática, a maioria dos tanques CIL atinge 1,1 a 1,3 vezes a velocidade recém-suspensa, que chega a 1 a 3 kW por m³ para uma polpa típica com 40% de sólidos.

O ar é um reagente com um medidor de vazão

A lixiviação com cianeto consome oxigênio, e o próprio cianeto é oxidado em cianato se as condições mudarem. O oxigênio dissolvido medido na saída do tanque deve permanecer acima de 5 mg/L, e a maioria dos circuitos bem operados tem como meta 6 a 8 mg/L. Abaixo de 4 mg/L, a cinética de lixiviação cai drasticamente e o carbono simplesmente espera pelo ouro que não está sendo liberado. A pulverização de ar também remove o cianeto de hidrogênio se o pH cair, portanto, o controle do pH de 10 a 11 com cal e oxigênio adequado é gerenciado em conjunto, nunca separadamente.

Os defletores e a posição do aspersor decidem o padrão de fluxo

Um aspersor colocado diretamente sob o impulsor proporciona uma boa dispersão do gás, mas uma baixa rotatividade de cima para baixo. Um aspersor colocado dentro de um tubo de aspiração proporciona forte circulação, mas corre o risco de bloqueio de gás se a taxa de ar for muito alta. O arranjo confiável para um tanque de carbono é um tubo de aspiração central com o aspersor dentro dele, quatro defletores na parede e uma folga entre o impulsor e o fundo de 0,3 a 0,5 vezes o diâmetro do impulsor.

Dimensionamento do Tanque: Densidade da Polpa, Tempo de Retenção e Volume de Trabalho

Quase todos os erros de dimensionamento em um circuito de lixiviação remontam à mistura do volume de lama com a tonelagem de sólidos. Trabalhe os números nesta ordem e as dimensões do tanque cairão com pouco espaço para discussão.

1. Tomemos como exemplo a alimentação de sólidos secos, por exemplo 500 t/d.
2. Divida pela fração de sólidos em peso, por exemplo 40 por cento, resultando em 1.250 t/d de chorume.
3. Divida pela gravidade específica da pasta, normalmente 1,40 a 1,50 nessa densidade, resultando em cerca de 860 m³/d de polpa.
4. Multiplique pelo tempo de retenção necessário, por exemplo 24 horas, obtendo 860 m³ de volume de trabalho.
5. Divida pelo número de estágios, por exemplo oito, dando cerca de 108 m³ por tanque.
6. Adicione 10 a 15 por cento de margem livre acima do nível da polpa e do volume do cone abaixo dele.

A uma relação altura/diâmetro de 1,2, esse volume de trabalho de 108 m³ corresponde a um tanque com cerca de 4,8 m de diâmetro e lado reto de 5,8 m. Empurre a mesma taxa para 50% de sólidos e o volume de pasta cairá cerca de um quinto, o que parece uma economia até você descobrir que o agitador agora precisa de visivelmente mais torque e o carbono luta para permanecer disperso na polpa mais pesada.

Duas regras básicas mantêm os engenheiros longe de problemas. Primeiro, nunca projete o último estágio com menos de três horas de retenção; o tanque final carrega o teor de ouro mais baixo e precisa de tempo para atingir o valor final. Em segundo lugar, mantenha a relação entre o diâmetro do tanque e o diâmetro do impulsor entre 2,5 e 3,5. Fora dessa faixa, ou o impulsor é muito pequeno para movimentar todo o volume ou o tanque é muito estreito para desenvolver um circuito de circulação estável.

Gestão de carbono dentro do tanque

O carvão ativado é o consumível mais caro do circuito e o mais fácil de danificar. O grau padrão para recuperação de ouro é o carbono de casca de coco com malha 6×12, duro o suficiente para sobreviver a milhares de ciclos de transferência e rápido o suficiente em cinética para carregar em poucas horas. A concentração na polpa geralmente fica entre 10 e 25 g/L. Concentrações mais altas encurtam o tempo de carregamento, mas aumentam o atrito, a carga de triagem e a quantidade de carbono circulando através da eluição.

O carregamento ao longo do trem segue a mesma lógica contracorrente do teor de ouro, mas ao contrário:

Três hábitos operacionais protegem esse perfil. Avançar carbono com freqüência suficiente para que nenhum estágio seja solicitado a carregar mais do que cerca de 1.500 g/t por ciclo. Mantenha as telas entre os estágios limpas o suficiente para que a concentração de carbono projetada em cada tanque seja realmente a concentração que você mede. E lave o carbono com ácido antes da eluição quando houver cálcio ou incrustações, porque uma crosta de carbonato na superfície bloqueia os poros com muito mais eficácia do que o complexo de ouro jamais os preenche. A regeneração a 650 a 750 °C num forno rotativo restaura a maior parte da actividade, e as plantas que registam a actividade como um número em vez de um sentimento normalmente mantêm o carbono em serviço durante vários anos antes de o substituirem.

Referência de parâmetros operacionais para tanques CIL e CIP

Solução de problemas: oito falhas observadas em tanques de lixiviação reais

• Lixar no cone. Os sólidos grossos assentam porque a velocidade da ponta caiu após um ajuste do impulsor ou porque o aspersor bloqueou e interrompeu a elevação do ar. Verifique o consumo de energia em relação à linha de base de comissionamento antes de tocar na mistura de minério.
• Carbono no overflow. Ou a tela de retenção tem um furo, o nível de polpa está acima do topo da tela ou a vazão excedeu a capacidade da tela. A abertura da tela não é o problema na maioria dos casos; o nível de polpa é.
• Curto-circuito. A polpa se move da entrada para a saída mais rapidamente do que a retenção do projeto porque faltam defletores ou a entrada e a saída estão muito próximas. Um teste de rastreamento resolve a discussão em uma tarde.
• Incrustação de carbono. A capacidade de carga cai mesmo que carbono novo esteja sendo adicionado. Carbonato de cálcio, gesso e óleo do circuito do moinho bloqueiam os poros; lavagem ácida e controle de óleo mais rígido resolvem o problema.
• Falta de oxigênio no fundo. Os orifícios do aspersor ficam obstruídos com incrustações porque o ar não está seco ou o anel fica em uma zona de fluxo lento. O oxigênio dissolvido registrado por estágio expõe isso muito antes da recuperação cair.
• Excesso de multas em carbono. O atrito aumenta quando a velocidade de ponta excede 5 m/s, quando o carbono é transferido através de bombas centrífugas em vez de transporte aéreo, ou quando o carbono é simplesmente mole demais para a tarefa.
• Cegueira da tela. Lascas de madeira, fibra e mica grossa fixam as aberturas. Lavar telas com linha de água de baixa pressão durante cada avanço custa minutos e economiza etapa.
• Vibração e falha do eixo. Geralmente, um acúmulo de sólidos em uma pá do impulsor após um desligamento ou uma velocidade crítica atingida durante a partida. Barrar o eixo e verificar o desvio a cada reconstrução evita a maior parte dele.

Dois deles merecem menção especial para os circuitos de ouro. Na extração de minério pré-preparado, metade da batalha é colocar o carbono em contato com o ouro dissolvido antes da matéria carbonácea, de modo que a intensidade de mistura e a concentração de carbono do primeiro tanque são mais importantes do que qualquer coisa a jusante. Na renovação e expansão do concentrador das Ilhas Salomão que seguiu a rota de atualização da recuperação de ouro, o tempo de retenção e a configuração do tanque foram retrabalhados em vez de simplesmente dimensionados, porque adicionar volume de tanque a um circuito que está em curto-circuito multiplica o custo sem multiplicar a recuperação.

Materiais e detalhes mecânicos que causam tempo de inatividade

O lado molhado de um tanque de lixiviação vive em polpa quente, alcalina, abrasiva e contendo cloreto, e essa combinação elimina a maioria dos atalhos. Invólucros de aço carbono com revestimento de borracha de 3 a 6 mm ou um sistema epóxi devidamente aplicado suportam a maioria dos circuitos de ouro. Onde os níveis de cloreto são elevados ou o minério é tratado com lavagens ácidas, o aço inoxidável 304 ou 316L torna-se a opção mais barata num horizonte de dez anos, embora a primeira factura seja mais elevada.

O impulsor é o componente que decide o custo de manutenção. As peças fundidas com alto teor de cromo duram bem em polpa abrasiva, o aço coberto de borracha absorve o impacto do material residual e o 316L é adequado para produtos químicos agressivos. O eixo precisa de uma luva de borracha ou HDPE na linha de polpa, porque é aí que começa a fadiga por corrosão e onde começa a maioria das falhas do eixo. As caixas de engrenagens geralmente são dimensionadas para o torque inicial com um tanque cheio de sólidos sedimentados; uma caixa de câmbio escolhida apenas com base no torque de operação é uma caixa de câmbio esperando para falhar na primeira interrupção de energia.

Detalhes que parecem insignificantes em um desenho em campo. Uma válvula de drenagem grande o suficiente para esvaziar o tanque em um turno, uma passagem de acesso acima da linha de polpa, alças de elevação adequadas para o conjunto do impulsor e uma lavadora com tampa removível para que uma tela bloqueada possa ser alcançada sem andaimes, todos se enquadram nessa categoria. As fábricas que compram apenas pelo preço geralmente descobrem esses detalhes durante a primeira parada não planejada.

O que especificar ao solicitar um tanque de lixiviação ou adsorção

Uma consulta clara obtém uma cotação útil. Os vagos ganham uma carcaça de tanque com um agitador adivinhado, e o palpite é sempre conservador, o que significa caro.

1. Produção de sólidos secos em toneladas por dia e valores de projeto e máximos.
2. A gravidade específica dos sólidos e a faixa alvo de densidade da polpa por peso.
3. Tempo de retenção necessário por estágio e número total de estágios.
4. Distribuição do tamanho das partículas, especialmente o tamanho superior e a fração de finos, que impulsionam a velocidade recém-suspensa.
5. Faixas de dosagem de cianeto e cal, janela de pH e meta de oxigênio dissolvido.
6. Tamanho de carbono, concentração e carga esperada na eluição.
7. Relatório químico cobrindo cloretos, sulfatos e qualquer lavagem ácida planejada para o circuito.
8. Restrições de layout: área útil disponível, altura livre, nível de fundação e queda de cascata necessária.
9. Tensão e frequência da fonte de alimentação, além de se um inversor de frequência é pretendido.
10. Condições do local, incluindo altitude, temperatura ambiente e classificação sísmica.

Um item é regularmente esquecido e caro: a concentração de cianeto livre na polpa. Ele altera a seleção do elastômero para revestimentos e mangas e altera a recomendação do grau de carbono. Outra é a estratégia de manutenção pretendida. Uma planta que planeja inspecionar os impulsores a cada seis meses precisa de passagens maiores e melhor acesso do que uma que planeja operar por dois anos ininterruptos.

Para circuitos cobre-ouro e polimetálicos, o tanque de lixiviação raramente fica sozinho. O projeto de pirita cobre-ouro de Anhui é uma referência útil porque os estágios de lixiviação e adsorção tiveram que ser dimensionados em relação a um concentrado de flotação em vez de minério bruto, e a reologia da polpa desse concentrado impulsionou a seleção do impulsor mais do que o tipo de cabeça. Os compradores que comparam propostas devem solicitar o cálculo de mistura específico por trás de cada agitador, não apenas a classificação em quilowatts.

Comissionando o Circuito: Os Primeiros Trinta Dias

O comissionamento de um trem de lixiviação envolve principalmente água e sólidos antes de se tratar de ouro. A sequência que evita a maioria dos danos iniciais é assim:

1. Faça um teste hidráulico em cada carcaça e lave antes que qualquer revestimento seja fechado e, em seguida, verifique novamente o torque do flange após o primeiro dia quente.
2. Coloque cada agitador em água por quatro horas, registrando a vibração, a temperatura do rolamento e a corrente do motor no nível do projeto.
3. Verifique a distribuição do ar do aspersor observando o padrão de fervura na superfície do tanque, e não lendo o medidor de vazão.
4. Introduza sólidos em 15 a 20 por cento e aumente a densidade projetada ao longo de vários dias, observando a pressão do cone e a corrente do impulsor.
5. Adicione carbono somente depois que a densidade da polpa estiver estável e, em seguida, confirme se as telas o retêm no fluxo projetado.
6. Estabeleça antecipadamente a rotina de amostragem: teor da solução e cianeto livre em cada estágio, oxigênio dissolvido em cada saída, concentração de carbono em cada tanque.
7. Registre a vibração da linha de base e os valores de potência no rendimento do projeto; cada decisão de manutenção posterior deve ser medida em relação a essa linha de base.

O erro de comissionamento mais comum é começar com densidade total no primeiro dia. Os sólidos sedimentados de uma partida a frio podem travar um impulsor em segundos, e o dano resultante ao eixo atrasa a aceleração em semanas.

Perguntas que os compradores fazem com mais frequência