Lixiviación y relaves
¿Dónde pueden ayudar las nanoburbujas en la lixiviación y en el desaguado de relaves?
En esta página
- Puntos clave
- Por qué el oxígeno limita la lixiviación de sulfuros
- Burbujas de ozono en la lixiviación oxidativa
- Oxígeno disuelto para los microorganismos de biolixiviación
- Nanoburbujas en la sedimentación y el desaguado de relaves
- Qué significa en la práctica
- Límites y preguntas abiertas
- Preguntas
- Referencias
Por qué el oxígeno limita la lixiviación de sulfuros
El aporte de oxígeno marca el ritmo de la lixiviación de sulfuros. En la biolixiviación de sulfuros metálicos como la pirita y la calcopirita, el oxígeno se disuelve poco en la solución de lixiviación, y esa baja solubilidad limita la velocidad de oxidación.
Los concentrados ricos en sulfuros tienen una demanda de oxígeno muy alta. En ese contexto, el burbujeo de aire convencional a menudo no logró mantener el oxígeno disuelto () por encima de unos 5 ppm sin costos energéticos elevados Guezennec et al., 2017. Guezennec y colaboradores abordaron el problema con una atmósfera enriquecida con oxígeno, no con burbujas de un tamaño determinado.
Las nanoburbujas se han propuesto como otra vía. En una revisión sobre flotación con nanoburbujas, Tao, 2022 propuso que la presión interna y la longevidad de las nanoburbujas podrían sostener niveles altos de oxígeno disuelto u ozono y ayudar a oxidar minerales refractarios. La idea es que las nanoburbujas enriquecidas con oxígeno actúen como un reservorio de gas que repone el oxígeno disuelto a medida que los microorganismos y los sulfuros lo consumen; los estudios aquí citados no miden ese efecto en un tanque ni en una pila de lixiviación.
Burbujas de ozono en la lixiviación oxidativa
Las micro-nanoburbujas de ozono (O₃-MNB) aceleraron la lixiviación oxidativa en los trabajos revisados por Fang et al., 2025, que examinaron la factibilidad y los desafíos de la lixiviación in situ de uranio con burbujas de ozono.
- Transferencia de masa. Las O₃-MNB lograron una alta de oxidante hacia la fase líquida. Esto aceleró la disolución de los metales de interés en minerales de uranio en arenisca y la oxidación de los sulfuros asociados, como la pirita.
- Química oxidante. Las burbujas de ozono generaron radicales hidroxilo (•OH) y mantuvieron alto el potencial de óxido-reducción (), dos factores que impulsan la oxidación de los sulfuros.
La revisión vincula esto con operaciones de lixiviación en las que la disponibilidad de oxígeno limita la velocidad de reacción, entre ellas la lixiviación en pilas. Su evidencia se refiere a la lixiviación in situ de uranio, por lo que falta demostrar resultados en la lixiviación en pilas de otros minerales.
Oxígeno disuelto para los microorganismos de biolixiviación
Los microorganismos de biolixiviación necesitan oxígeno para trabajar, y en el único estudio aquí citado su eficiencia se sostuvo en un rango de OD de 4 a 18 ppm. Las bacterias quimiolitotróficas como Acidithiobacillus spp. usan el oxígeno como aceptor final de electrones cuando oxidan el hierro ferroso (Fe²⁺) y los compuestos reducidos de azufre.
Guezennec et al., 2017 mostraron que mantener el OD entre 4 y 18 ppm bajo una atmósfera enriquecida con oxígeno favoreció la eficiencia de biolixiviación de consorcios mesófilos y termófilos moderados, incluso con una carga alta de sólidos del 20 % p/p. Ese rango sirve de referencia para ensayar cualquier método de aporte de oxígeno. En los estudios aquí citados no se ha informado si la oxigenación con nanoburbujas puede mantener el OD en ese rango con esas cargas de sólidos.
Nanoburbujas en la sedimentación y el desaguado de relaves
Las suspensiones finas de arcilla sedimentaron y se desaguaron más rápido cuando se combinaron con un floculante polimérico que con el floculante solo. Las partículas ultrafinas, menores de unos 20 µm, sedimentan lentamente en los tranques y depósitos de relaves, lo que limita la recuperación de agua.
- Sedimentación. Con poliacrilamida catiónica (CPAM), las nanoburbujas en volumen redujeron el tiempo de sedimentación y la altura de la zona de sobrenadante en más de un 50 % frente a la CPAM sola en suspensiones de caolín Li y Bu, 2024.
- Carga superficial. Las nanoburbujas redujeron la magnitud del de las partículas de caolín, de −20 mV a −10 mV, lo que disminuye la repulsión electrostática entre partículas Li y Bu, 2024.
- Puenteo y lastre. Las nanoburbujas se adsorbieron sobre las superficies minerales, unieron las partículas en flóculos más grandes y densos y actuaron como puntos de nucleación para la fijación del polímero. Con poliacrilamida (PAM), este efecto de "lastre" produjo agregados que sedimentaron más rápido que los formados solo con PAM y dejaron un agua sobrenadante más clara Li y Bu, 2024; Azevedo et al., 2019.
- Desaguado. Las nanoburbujas redujeron la resistencia de la torta de filtración, lo que aumentó la velocidad de desaguado y permitió recuperar más agua del lodo. Los flóculos compactos drenaron y se consolidaron con rapidez. La recuperación de agua de relaves ricos en arcilla, como el caolín, fue significativamente mayor, y esa agua puede recircularse a la planta Li y Bu, 2024.
Qué significa en la práctica
Los hallazgos sobre lixiviación se aplican a operaciones en tanque o en pila donde el aporte de oxígeno limita la oxidación de los sulfuros, y los hallazgos sobre ozono, a la lixiviación oxidativa de minerales de uranio. Los hallazgos sobre relaves se aplican a relaves finos y ricos en arcilla que sedimentan lentamente solo con floculante.
En lixiviación, un ensayo compara la aireación actual con la alternativa con la misma carga de sólidos. Mida el OD en ppm o mg/L frente al rango de 4 a 18 ppm reportado por Guezennec et al., 2017, el ORP, la relación Fe²⁺/Fe³⁺, la extracción de metal a lo largo del tiempo y la energía consumida por unidad de oxígeno aportado.
En relaves, realice ensayos en probeta con floculante solo y con floculante más nanoburbujas, a la misma dosis. Registre la velocidad de sedimentación, la turbidez del sobrenadante, el potencial zeta, los sólidos del flujo inferior, la velocidad de filtración y el volumen de agua recuperada, y caracterice las nanoburbujas como partículas rastreadas por mL frente a un blanco de agua sin gas.
Límites y preguntas abiertas
- El estudio de OD en biolixiviación usó una atmósfera enriquecida con oxígeno, no nanoburbujas. El papel de las nanoburbujas en la lixiviación se apoya en una propuesta de una revisión sobre flotación y en una revisión sobre burbujas de ozono, no en resultados medidos en tanques ni en pilas de lixiviación.
- La evidencia sobre ozono se refiere a la lixiviación in situ de uranio, y sus autores la plantearon como una cuestión de factibilidad y desafíos; aquí no se informan resultados de lixiviación en pilas de otros minerales.
- Los resultados de relaves provienen de suspensiones de caolín, una arcilla modelo. No se informan resultados en relaves reales de mineralogía mixta, ni a escala de depósito de relaves o de planta.
- El consumo de energía para el aporte de oxígeno se describe de forma cualitativa; la lección no ofrece cifras de energía.
Preguntas
¿Por qué importa el oxígeno disuelto en la biolixiviación?
Las bacterias de biolixiviación, como Acidithiobacillus, usan el oxígeno como aceptor final de electrones cuando oxidan hierro y azufre, y el oxígeno se disuelve poco en las soluciones de lixiviación. Bajo una atmósfera enriquecida con oxígeno, mantener el oxígeno disuelto entre 4 y 18 ppm favoreció la biolixiviación incluso con un 20 % p/p de sólidos Guezennec et al., 2017.
¿Se ha demostrado que las nanoburbujas aceleran la lixiviación?
La evidencia está a nivel de revisión. Una revisión sobre lixiviación in situ de uranio informó que las micro-nanoburbujas de ozono aceleraron la disolución de metales y la oxidación de la pirita mediante radicales hidroxilo y un ORP alto Fang et al., 2025. El principal estudio de oxígeno en biolixiviación aquí citado usó una atmósfera enriquecida con oxígeno, no nanoburbujas.
¿Cómo ayudan las nanoburbujas a que sedimenten los relaves?
Reducen la carga superficial que mantiene separadas las partículas finas, pues llevan el potencial zeta del caolín de −20 mV a −10 mV, y las unen en flóculos más densos. Con poliacrilamida catiónica, redujeron el tiempo de sedimentación en más de un 50 % frente al polímero solo y bajaron la resistencia de la torta de filtración Li y Bu, 2024.
Referencias
- Guezennec, A. G., Joulian, C., Jacob, J., et al. (2017). Influence of dissolved oxygen on the bioleaching efficiency under oxygen enriched atmosphere. Minerals Engineering, 106, 64-70. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.10.016 ↩
- Fang, Z., Gan, M., Zhang, L., et al. (2025). Feasibility and Challenges of In Situ Uranium Leaching Using Ozone Bubbles: A Review. Minerals, 16, 2. https://doi.org/10.3390/min16010002 ↩
- Zhang, T., Chen, R., Wang, F., et al. (2024). Provenance of the Upper Carboniferous Yanghugou Formation in the Western Margin of the Ordos Basin, China: Constraints on Paleogeography and Basin Development. Minerals, 14, 78. https://doi.org/10.3390/min14010078 ↩
- Tao, D. (2022). Recent advances in fundamentals and applications of nanobubble enhanced froth flotation: A review. Minerals Engineering, 183, 107554. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107554 ↩
- Azevedo, A., Oliveira, H., Rubio, J. (2019). Bulk nanobubbles in the mineral and environmental areas: Updating research and applications. Advances in Colloid and Interface Science, 271, 101992. https://doi.org/10.1016/j.cis.2019.101992 ↩