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lixiviación in situ

Restos de un sistema de tuberías abandonado utilizado para la lixiviación in situ de uranio en Stráž pod Ralskem , República Checa La lixiviación in situ (LIS), también llamada ...

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Restos de un sistema de tuberías abandonado utilizado para la lixiviación in situ de uranio en Stráž pod Ralskem , República Checa

La lixiviación in situ (LIS), también llamada recuperación in situ (RIS) o minería por disolución , es un proceso minero que se utiliza para recuperar minerales como el cobre y el uranio mediante perforaciones realizadas en un yacimiento, in situ . La lixiviación in situ funciona disolviendo artificialmente los minerales que se encuentran de forma natural en estado sólido .

El proceso comienza con la perforación de pozos en el yacimiento mineral . Se puede utilizar la fracturación hidráulica o explosiva para crear vías de acceso en el yacimiento que permitan la penetración de la solución. La solución de lixiviación se bombea al yacimiento, donde entra en contacto con el mineral. La solución, que contiene el mineral disuelto, se bombea a la superficie y se procesa. Este proceso permite la extracción de metales y sales de un cuerpo mineral sin necesidad de la minería convencional, que incluye perforación y voladura , minería a cielo abierto o subterránea .

Proceso

La extracción por lixiviación in situ consiste en bombear un lixiviante al yacimiento a través de un pozo, que circula por la roca porosa disolviendo el mineral y se extrae a través de un segundo pozo .

El lixiviante varía según el yacimiento mineral: en el caso de los depósitos de sal, el lixiviado puede ser agua dulce en la que las sales se disuelven fácilmente. Para el cobre, generalmente se necesitan ácidos para aumentar la solubilidad de los minerales del yacimiento en la solución. Para los minerales de uranio, el lixiviante puede ser ácido o bicarbonato de sodio . [ 1 ]

minerales

Potasa y sales solubles

La lixiviación in situ se utiliza ampliamente para extraer depósitos de sales solubles en agua, como potasa ( silvita y carnalita ), sal gema (halita) , cloruro de sodio y sulfato de sodio . Se ha utilizado en el estado estadounidense de Colorado para extraer nahcolita ( bicarbonato de sodio ). [ 2 ] La lixiviación in situ se utiliza a menudo para depósitos demasiado profundos o estratos demasiado delgados para ser explotados mediante métodos convencionales.

Uranio

Diagrama de lixiviación in situ de uranio ( US NRC )

La lixiviación in situ para uranio se ha expandido rápidamente desde la década de 1990 y ahora es el método predominante para la extracción de uranio, representando el 45 por ciento del uranio extraído en todo el mundo en 2012. [ 3 ]

A diferencia de la minería a cielo abierto y subterránea, la lixiviación in situ no depende de la profundidad de enterramiento como criterio, sino que se basa en las propiedades del yacimiento de uranio. Las técnicas de lixiviación in situ se clasifican sistemáticamente según los componentes principales de la solución de lixiviación, abarcando la lixiviación ácida, alcalina, neutra y la biolixiviación. [ 4 ]

La lixiviación ácida es aplicable a depósitos de uranio con bajo contenido de carbonato, donde el U(VI) se disuelve en solución ácida mientras que el U(IV) se disuelve en solución ácida con agente oxidante; la lixiviación alcalina es eficaz para depósitos de uranio con alto contenido de carbonato, pero no es adecuada para depósitos con alto contenido de pirita, donde el U(VI) se disuelve en solución alcalina mientras que el U(IV) se disuelve en solución alcalina con agente oxidante; la lixiviación neutra, que incluye la lixiviación con CO₂ - O₂ y la lixiviación con ácido débil, es ampliamente aplicable; y la biolixiviación también es ampliamente aplicable, especialmente ideal para depósitos de uranio ricos en pirita. [ 4 ]

La licuefacción in situ (ISL) de minerales de uranio comenzó en Estados Unidos y la Unión Soviética a principios de la década de 1960. La primera mina ISL de uranio en EE. UU. se ubicó en la cuenca de Shirley , en el estado de Wyoming , y operó entre 1961 y 1970 utilizando ácido sulfúrico. Desde 1970, todas las minas ISL a escala comercial en EE. UU. han utilizado soluciones de carbonato . [ 5 ] [ 6 ]

La minería ISL en Australia utiliza soluciones ácidas. [ 7 ]

perlas de resina de intercambio iónico

La recuperación in situ implica la extracción de agua con contenido de uranio (con una concentración tan baja como 0,05 %, o 500  ppm, de U₃O₈ ) . La solución de uranio extraída se filtra a través de perlas de resina. [ 6 ] Mediante un proceso de intercambio iónico, las perlas de resina atraen el uranio de la solución. Las resinas cargadas con uranio se transportan a una planta de procesamiento, donde se separa el U₃O₈ de las perlas de resina y se produce el concentrado de uranio (yellowcake) . Posteriormente , las perlas de resina se pueden devolver a la planta de intercambio iónico para su reutilización.

A finales de 2008, había cuatro [ 8 ] minas de uranio de lixiviación in situ operando en Estados Unidos , operadas por Cameco , Mestena y Uranium Resources, Inc., todas utilizando bicarbonato de sodio. La lixiviación in situ produce el 90% del uranio extraído en EE. UU. En 2010, Uranium Energy Corporation comenzó las 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 a la difícil viabilidad económica del proyecto basada en $45,00 U₃O₈ . Un proyecto de recuperación de ISR también estaba en operación en 2009. [ 9 ]

En Kazajstán y Australia operan importantes minas de lixiviación in situ (ISL, por sus siglas en inglés) .

Un tambor de torta amarilla

Algunos ejemplos de minas de uranio in situ son:

  • La mina de uranio de Beverley , en Australia Meridional, es una mina de uranio en funcionamiento que utiliza el método ISL (lixiviación in situ ) y la primera mina de este tipo en Australia.
  • La mina de uranio Honeymoon , en Australia Meridional, abrió sus puertas en 2011 y es la segunda mina de uranio de Australia que utiliza el método de lixiviación in situ (ISL).
  • Crow Butte (en funcionamiento), Smith Ranch-Highland (en funcionamiento), Christensen Ranch (en rehabilitación), Irigaray (en rehabilitación), Churchrock (propuesta), Crownpoint (propuesta), Alta Mesa (en funcionamiento), Hobson (en reserva), La Palangana (en funcionamiento), Kingsville Dome (en funcionamiento), Rosita (en reserva) y Vasquez (en restauración) son operaciones de lixiviación in situ de uranio en los Estados Unidos.
  • En 2010, Uranium Energy Corp. inició una operación minera de lixiviación in situ (ISL) en el yacimiento de Palangana, en el condado de Duval, Texas . La planta de intercambio iónico de Palangana transporta en camiones perlas de resina cargadas con uranio a la planta de procesamiento de la compañía en Hobson , donde se produce concentrado de uranio (yellowcake) . Uranium Energy Corp. cuenta con otros tres yacimientos en el sur de Texas, ya sea con permisos o en desarrollo. [ 10 ]

Renio

Existen tecnologías para la extracción asociada de renio a partir de soluciones productivas de lixiviación subterránea de minerales de uranio. [ 11 ]

Cobre

La lixiviación in situ del cobre fue realizada por los chinos hacia el año 907 d. C., y quizás ya en el año 177 a. C. [ 5 ] El cobre generalmente se lixivia utilizando ácido ( ácido sulfúrico o ácido clorhídrico ), luego se recupera de la solución mediante electroobtención por extracción con solventes (SX-EW) o precipitación química.

Entre los minerales más susceptibles a la lixiviación se encuentran los carbonatos de cobre malaquita y azurita , el óxido tenorita y el silicato crisocola . Otros minerales de cobre, como el óxido cuprita y el sulfuro calcocita, pueden requerir la adición de agentes oxidantes como sulfato férrico y oxígeno al lixiviado antes de su disolución. Los minerales con mayor contenido de sulfuro, como bornita y calcopirita, requerirán más oxidantes y se disolverán más lentamente. En ocasiones, la oxidación se acelera por la acción de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans , que se alimenta de compuestos de sulfuro.

La lixiviación in situ de cobre se realiza a menudo mediante lixiviación en tajos , en la que el mineral fracturado de baja ley se lixivia en una mina subterránea convencional, ya sea en uso o abandonada. La lixiviación puede tener lugar en tajos rellenos o en zonas derrumbadas. En 1994, se informó de la lixiviación en tajos de cobre en 16 minas de Estados Unidos.

Buena recuperación en la antigua planta de San Manuel.

En la mina San Manuel [ 12 ], en el estado estadounidense de Arizona , la lixiviación in situ (ISL) se empleó inicialmente para recolectar la solución resultante bajo tierra, pero en 1995 se transformó en un método de recuperación pozo a pozo, que fue la primera implementación a gran escala de dicho método. Este método pozo a pozo se ha propuesto para otros yacimientos 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 llevó a cabo un programa piloto de tres años para lixiviar in situ el mineral de oro en la mina Ajax, en el distrito de Cripple Creek , Estados Unidos, utilizando una solución de cloruro y yoduro . Tras obtener resultados deficientes, posiblemente debido a la complejidad del mineral de telururo , se interrumpió la prueba. [ 13 ]

preocupaciones medioambientales

Según la Organización Mundial de Energía Nuclear:

En Estados Unidos, la legislación exige que se restaure la calidad del agua del acuífero afectado para que pueda utilizarse como antes de la minería. Generalmente, se trata de agua potable o agua para ganado (normalmente con menos de 500 ppm de sólidos disueltos totales), y aunque no todas las características químicas pueden recuperarse por completo, el agua debe poder utilizarse para los mismos fines. A menudo, es necesario tratarla mediante ósmosis inversa, lo que plantea un problema a la hora de eliminar la salmuera concentrada resultante.

En una operación minera de uranio mediante lixiviación in situ (ISL) se aplican las medidas de seguridad radiológica habituales, a pesar de que la mayor parte de la radiactividad del yacimiento permanece bajo tierra, lo que minimiza la liberación de radón y evita la presencia de polvo de mineral. Se realiza un seguimiento de los empleados para detectar la contaminación por radiación alfa y se utilizan dosímetros personales para medir la exposición a la radiación gamma. Asimismo, se lleva a cabo un control rutinario del aire, el polvo y la contaminación de las superficies. [ 14 ]

Las ventajas de esta tecnología son:

  • Menor riesgo para los empleados derivado de accidentes, polvo y radiación.
  • Bajo costo, sin necesidad de grandes depósitos de residuos de la molienda de uranio.

Tras finalizar una operación de lixiviación in situ, los lodos residuales generados deben eliminarse de forma segura y el acuífero, contaminado por las actividades de lixiviación, debe ser restaurado. La restauración de las aguas subterráneas es un proceso muy laborioso que aún no se comprende del todo.

Los mejores resultados se han obtenido con el siguiente esquema de tratamiento, que consiste en una serie de pasos diferentes: [ 15 ] [ 16 ]

  • Fase 1: Bombeo de agua contaminada: se detiene la inyección de la solución de lixiviación y se bombea el líquido contaminado fuera de la zona de lixiviación. Posteriormente, el agua subterránea limpia fluye desde fuera de la zona de lixiviación.
  • Fase 2: igual que la fase 1, pero con tratamiento del líquido bombeado (mediante ósmosis inversa) y reinyección en la zona de lixiviación anterior. Este esquema da como resultado la circulación del líquido.
  • Fase 3: igual que la fase 2, con la adición de un agente reductor (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno (H₂S ) o sulfuro de sodio (Na₂S ) ). 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:

  • Los contaminantes que son móviles en condiciones químicamente reductoras, como el radio, no se pueden controlar.
  • Si posteriormente se alteran las condiciones químicamente reductoras por cualquier motivo, los contaminantes precipitados se vuelven a movilizar.
  • El proceso de restauración lleva mucho tiempo y 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 es el único utilizado en las operaciones comerciales in situ del mundo occidental. Por lo tanto, prácticamente 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 con ácido sulfúrico hasta el momento es la pequeña instalación piloto Nine Mile Lake cerca de Casper, Wyoming (EE. UU.). Por lo tanto, los resultados no pueden transferirse directamente 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 aun así varios parámetros no alcanzaron los niveles de fondo. Además, la restauración requirió aproximadamente el mismo tiempo que el utilizado para el período de lixiviación. [ 17 ] [ 18 ]

En Estados Unidos, los sitios ISL de Pawnee, Lamprecht y Zamzow en Texas fueron restaurados utilizando los pasos 1 y 2 del esquema de tratamiento mencionado anteriormente. [ 19 ] Se han otorgado estándares de restauración de aguas subterráneas menos estrictos en estos y otros sitios, ya que no se pudieron cumplir los criterios de restauración.

Un estudio publicado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos en 2009 concluyó que "Hasta la fecha, ninguna remediación de una operación de lixiviación in situ en los Estados Unidos ha logrado devolver el acuífero a sus condiciones iniciales". [ 20 ]

Las condiciones de referencia incluyen cantidades comerciales de U₃O₈ radiactivo . La recuperación in situ eficiente reduce los valores de U₃O₈ del acuífero. En un taller de la Región 8 de la EPA , el 29 de septiembre de 2010, Ardyth Simmons, PhD, del Laboratorio Nacional de Los Alamos ( Los Alamos, NM ), sobre el tema "Establecimiento de valores de referencia y comparación con valores de restauración en sitios de recuperación in situ de uranio", declaró: "Estos resultados indicaron que puede ser poco realista que las operaciones de ISR restauren los acuíferos a la media, porque en algunos casos, esto significa que tendría que haber menos uranio presente que antes de la minería. Buscar concentraciones más conservadoras resulta en un uso considerable de agua, y muchos de estos acuíferos no eran aptos para agua potable antes de que comenzara la minería". [ 21 ]

La EPA está considerando la necesidad de actualizar las normas de protección ambiental para la minería de uranio, ya que las regulaciones actuales, promulgadas en respuesta a la Ley de Control de la Radiación de Residuos de Molinos de Uranio de 1978, no abordan el proceso relativamente reciente de lixiviación in situ (ISL) de uranio de yacimientos subterráneos. En una carta de febrero de 2012, la EPA afirma: "Debido a que el proceso ISL afecta la calidad del agua subterránea, la Oficina de Radiación y Aire Interior de la EPA solicitó asesoramiento al Consejo Asesor Científico (SAB) sobre cuestiones relacionadas con el diseño y la implementación del monitoreo del agua subterránea en sitios de minería ISL".

El SAB formula recomendaciones relativas al monitoreo para caracterizar la calidad de referencia del agua subterránea antes del inicio de las operaciones mineras, al monitoreo para detectar cualquier desviación de lixiviados durante la minería y al monitoreo para determinar cuándo se ha estabilizado la calidad del agua subterránea una vez finalizadas las operaciones mineras. El SAB también revisa las ventajas y desventajas de técnicas estadísticas alternativas para determinar si la calidad del agua subterránea posterior a la operación ha vuelto a condiciones cercanas a las previas a la minería y si se puede predecir que la operación minera no afectará negativamente la calidad del agua subterránea después de la aceptación del cierre del sitio. [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Lixiviant" . Glosario de la Biblioteca de la NRC . Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. (NRC). 9 de marzo de 2021. Archivado del original el 2 de abril de 2024. Consultado el 8 de marzo de 2025 .
  2. ↑ Hardy, M.; Ramey, M.; Yates, C.; Nielsen, K. (2003). Minería por disolución de nahcolita en el proyecto American Soda, Piceance Creek, Colorado (PDF) . Reunión anual de la SME de 2003. Archivado del original (PDF) el 28 de septiembre de 2007.
  3. ↑ Uranio 2014 , Organismo Internacional de Energía Atómica/OCDE, Organismo de Energía Nuclear, 2014.
  4. 1 2 Li, Guihe; Yao, Jia (marzo de 2024). "Una revisión de la lixiviación in situ (ISL) para la minería de uranio" . Minería . 4 (1): 120– 148. doi : 10.3390/mining4010009 . ISSN 2673-6489 . 
  5. 1 2 Mudd, Gavin M. (enero de 2000). Lixiviación ácida in situ en la minería de uranio : 1 - EE. UU. y Australia (PDF) . Residuos mineros y de desecho '00. Fort Collins, CO, EE. UU. Archivado del original (PDF) el 13 de septiembre de 2009. 
  6. 1 2 "Recuperación in situ (ISR)" . enCore Energy . 21-09-2023 . Consultado el 04-07-2024 .
  7. ↑ Proyecto Luna de Miel
  8. ↑ "Informe sobre la producción nacional de uranio" . Administración de Información Energética .
  9. ↑ "Plantas de lixiviación in situ de uranio en EE. UU. por propietario, capacidad y estado operativo al final del año" . Informe de producción nacional de uranio . Administración de Información Energética . Archivado del original el 24 de mayo de 2012. Consultado el 19 de septiembre de 2012 .
  10. ↑ "Comienza la producción de uranio", Ingeniería Minera , diciembre de 2010.
  11. ↑ Rudenko, AA; Troshkina, ID; Danileyko, VV; Barabanov, OS; Vatsura, F. Ya (2021-10-13). "Perspectivas para la recuperación selectiva y avanzada de renio a partir de soluciones ricas en lixiviación in situ de minerales de uranio en el yacimiento de Dobrovolnoye" . Gornye Nauki i Tekhnologii = Mining Science and Technology (Rusia) . 6 (3): 158– 169. doi : 10.17073/2500-0632-2021-3-158-169 . ISSN 2500-0632 . S2CID 241476783 .  
  12. ↑ Sutton, Gary (2019). "Conciliación de reservas minerales en la operación de lixiviación de cobre in situ pozo a pozo en la mina San Manuel, Arizona, EE. UU." CIM Geology . 10 3T2019 (3): 133–141 . Bibcode : 2019CIMJ...10..133S . doi : 10.15834/cimj.2019.9 .
  13. ↑ Peter G. Chamberlain y Michael G. Pojar (1984) Prácticas de lixiviación de oro y plata en los Estados Unidos , Oficina de Minas de los Estados Unidos , Circular informativa 8969, pág. 24.
  14. ↑ Extracción de uranio mediante lixiviación in situ (ISL) , consultado el 12 de octubre de 2012.
  15. ↑ "Schmidt, C: Restauración y estabilización de aguas subterráneas en el sitio de prueba Ruth-ISL en Wyoming, EE. UU. En: Lixiviación in situ de uranio: aspectos técnicos, ambientales y económicos, Actas de una reunión del Comité Técnico, IAEA-TECDOC-492, Viena 1989, págs. 97-126", Viena , 492 : 97–126 , 1989
  16. ↑ Catchpole, Glenn; Kirchner, Gerhard: Restauración de aguas subterráneas contaminadas por lixiviación alcalina in situ de la minería de uranio. En: Merkel, B et al. (Ed.): Minería de uranio e hidrogeología, GeoCongress 1, Colonia 1995, págs. 81-89 , 1995, págs . 81-89 
  17. ↑ Nigbor, Michael T; Engelmann, William H; Tweeton, Daryl R: Caso práctico de un experimento piloto de lixiviación in situ ácida de uranio. Departamento del Interior de los Estados Unidos, Oficina de Minas, Informe de Investigaciones RI-8652, Washington D.C., 1982, 81 p. , 1982, p. 81 
  18. ↑ Engelmann, WH; Phillips, PE; Tweeton, DR; Loest, KW; Nigbor, MT: Restauración de la calidad del agua subterránea tras la lixiviación ácida in situ de uranio a escala piloto en el sitio de Nine-Mile Lake cerca de Casper, Wyoming. En: Society of Petroleum Engineers Journal, junio de 1982, págs. 382-398 , 1982, págs. 382-398 
  19. ↑ Mays, WM: Restauración de aguas subterráneas en tres minas de uranio in situ en Texas. En: IAEA (Ed.), Lixiviación in situ de uranio. Actas de una reunión del Comité Técnico celebrada en Viena, del 5 al 8 de octubre de 1992, IAEA-TECDOC-720, Viena 1993, págs. 191-215 , 1993, págs. 191-215 
  20. ↑ JK Otton, S. Hall: Extracción de uranio in situ en Estados Unidos: Panorama general de la producción y los problemas de remediación, Simposio Internacional sobre Materia Prima de Uranio para el Ciclo del Combustible Nuclear: Exploración, Minería, Producción, Oferta y Demanda, Economía y Cuestiones Ambientales , 2009
  21. ↑ "Recuperación in situ de uranio" (PDF) . 29/09/2010. Archivado del original (PDF) el 28/07/2013 . Consultado el 16/10/2012 .
  22. ↑ "Aviso sobre el borrador del informe técnico de la EPA titulado Consideraciones relacionadas con el monitoreo posterior al cierre de sitios de lixiviación in situ/recuperación in situ (ISL/ISR) de uranio" . Consultado el 13 de octubre de 2012 .
  • La iniciativa para expandir las minas que utilizan fluidos para extraer uranio de los acuíferos está generando preocupación por la contaminación de las aguas subterráneas . Controversia en el proyecto Dewey-Burdock cerca de Edgemont, Dakota del Sur . Science News, 23 de abril de 2026.
  • Página informativa sobre lixiviación ácida de Heathgate Resources