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Capítulo 3

Lixiviación en pilas

Una pila de cientos de miles de toneladas que se riega durante meses con solución ácida. El cobre sale disuelto por abajo, a pocos gramos por litro. Lento, barato y, para el instrumentista, un problema de caudales y concentraciones.

01Qué pasa dentro de la pila

El mineral aglomerado se apila sobre una carpeta impermeable (geomembrana) con tuberías de drenaje. Arriba se instala una red de goteros o aspersores que riega una solución ácida, normalmente el refino que vuelve de SX con poco cobre y algo de ácido. La solución percola, disuelve el cobre y sale por abajo como PLS (pregnant leach solution, solución rica).

Según el mineral, la química cambia:

ÓxidosCrisocola, atacamita, brochantita. Se disuelven con ácido sulfúrico directamente. Rápido: buena parte del cobre sale en las primeras semanas.
Sulfuros secundariosCalcosina y covelina. El ácido solo no basta: hace falta un oxidante, el ion férrico (Fe³⁺), que se regenera con aire y bacterias. Más lento: meses.
Óxido: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O
Sulfuro secundario: Cu₂S + 2 Fe₂(SO₄)₃ → 2 CuSO₄ + 4 FeSO₄ + S
En términos eléctricos: en los sulfuros, el férrico funciona como una batería que se descarga al oxidar el mineral (Fe³⁺ pasa a Fe²⁺) y que el aire y las bacterias vuelven a cargar. El potencial redox (ORP) que viste en el capítulo 0 es el indicador de carga de esa batería: si el ORP de la solución cae, se está quedando sin oxidante.

02La curva de recuperación

La recuperación es el porcentaje del cobre de la pila que ya salió en el PLS. Sube rápido al principio y después se aplana. La pregunta de operación es cuándo dejar de regar un módulo para pasar al siguiente, y no tiene una respuesta química: es económica.

Los valores de referencia de este laboratorio son reales. Saldaña, Toro y otros (2019) publicaron datos operacionales de pilas de ENAMI en Chile, con la recuperación a 90 días para cuatro condiciones. La forma de la curva es didáctica (una subida rápida y otra lenta), ajustada para pasar por esos valores.

Laboratorio 1 · Cuánto cobre sale y cuándoElige el tipo de mineral y el tiempo de riego. El punto a 90 días es el dato publicado.

Recuperación
Cobre recuperado
Cobre que queda en la pila
Cobre del último día

Fíjate en el cobre del último día: con óxidos, después de unas semanas cada día de riego entrega mucho menos que al principio. Ese número, comparado con el costo del ácido, el bombeo y el espacio que ocupa el módulo, es lo que decide el ciclo. En el caso de los sulfuros secundarios, los datos de ENAMI muestran además que agregar cloruro a la solución subió la recuperación a 90 días de 40,5 % a 58,1 %.

03El balance: caudal por concentración

Toda la pila, para la sala de control, se reduce a una multiplicación. El cobre que sale por hora es el caudal de PLS por la diferencia de concentración que SX logra sacarle:

cobre [kg/h] = caudal de PLS [m³/h] × (Cu en PLS − Cu en refino) [g/L]

El caudal lo fija el riego: área bajo riego por tasa de riego. Una revisión reciente de la literatura (León y otros, 2025) recomienda entre 5 y 15 litros por hora por metro cuadrado según la permeabilidad del mineral; el laboratorio parte en 10. La misma revisión sitúa el pH de trabajo entre 1,5 y 2,0. Las concentraciones vienen de una encuesta a plantas reales de SX (Sole y otros, datos de 2012).

En términos eléctricos: es la potencia. El caudal es la corriente, la concentración es la tensión y el cobre por hora es P = V·I. Y como en un medidor de energía, un error de 5 % en el transformador de corriente (aquí, el flujómetro) es un error de 5 % en todo lo que se factura.

Laboratorio 2 · De litros por metro cuadrado a toneladas de cátodoValores iniciales: promedio sudamericano de la encuesta de Sole y otros. Agrega un error al flujómetro y mira cuánto cobre "desaparece" en el balance.

Caudal de PLS
Cu en refino
Cobre a SX
Producción anual equivalente

Dos simplificaciones: no todo lo que se riega sale como PLS (parte se evapora y parte queda retenida en la pila, sobre todo al comienzo) y regar más no aumenta el cobre en la misma proporción, porque diluye el PLS. Por eso las plantas miden el caudal a la entrada y a la salida, y analizan el cobre en las dos corrientes.

04Cómo es un PLS real

Promedios de las plantas de SX que respondieron la encuesta de 2012. El PLS no trae solo cobre: el hierro, el manganeso, el cloruro y los sólidos en suspensión son los que después complican SX y el cátodo.

RegiónCu (g/L)pHFe (g/L)Mn (g/L)Cl (mg/L)Sólidos (mg/L)
Sudamérica3,21,95,81,0187044
Norteamérica1,12,11,80,986233
África17,31,73,40,90n/d137

Fuente: Sole y otros, tabla 1. En el norte de Chile, la atacamita (un cloruro de cobre) puede llevar el cloruro del PLS a entre 1 y 30 g/L, según la misma encuesta.

Lo que vas a encontrar instrumentado

Caudal por móduloFlujómetros magnéticos y válvulas en cada sector de riego. Es el lazo más repetido de la pila.
Presión en la red de riegoDetecta goteros tapados o roturas. Una caída de presión es una fuga; una subida, una obstrucción.
pH y ORPEn el refino que se riega y en el PLS. El ORP dice si queda oxidante para los sulfuros.
Análisis de cobreMuestreo con laboratorio o analizadores en línea en PLS y refino. Sin esto no hay balance.
Nivel en piscinasPiscinas de PLS, de solución intermedia y de refino. Radar o ultrasonido; el nivel es el "condensador" que amortigua el proceso.
Bombas y variadoresImpulsión de refino y PLS. Corriente, presión de descarga y horas de operación.

Fuentes

  • Saldaña, M., Toro, N. y otros (2019). Optimization of the Heap Leaching Process through Changes in Modes of Operation and Discrete Event Simulation. Minerals, 9(7), 421. mdpi.com/2075-163X/9/7/421. Licencia CC BY 4.0. Recuperaciones a 90 días de su tabla 4.
  • Sole, K. C., Zárate, G., Steeples, J., Tinkler, O. y Robinson, T. G. Global survey of copper solvent extraction operations and practices (datos de plantas de 2012). ResearchGate. Composición del PLS (tabla 1) y extracción promedio de 94,2 %.
  • León, F., Rojas, L., Bazán, V. y otros (2025). A Systematic Review of Copper Heap Leaching. Processes, 13, 1513. doi.org/10.3390/pr13051513. CC BY. Tasa de riego de 5 a 15 L/h/m² y pH de 1,5 a 2,0 (tabla 1).
  • Schlesinger, M. E. y otros, Extractive Metallurgy of Copper, Elsevier: química de lixiviación de óxidos y sulfuros secundarios.
  • La forma de las curvas, el tamaño del módulo y la ley son didácticos. Solo los valores a 90 días y la composición del PLS vienen de las fuentes.