Proceso de extracción de elementos de tierras raras (lantánidos, neodimio y disprosio) de bajo impacto ambiental a partir de relaves geoquímicamente catastrados.

Abstract

La minería es una de las principales actividades económicas en Chile, la cual está enfocada en la producción de cobre. A partir de esta se producen millones de toneladas de relaves que pueden contener minerales enriquecidos elementos de valor como lo son las tierras raras (REE: Rare Earth Elements), las cuales comprenden un grupo de 17 elementos conformados por la serie de los lantánidos, Sc e Y, que tienen propiedades físicas y químicas que las hacen fundamentales en aplicaciones de alta tecnología. Actualmente, su principal productor es China, debido a esto y a su alta demanda, países industrializados las consideran críticas, promoviendo su exploración y extracción fuera de este. En respuesta a solicitud por información referente a REE en Chile por parte del Ministerio de Minería y la empresa Nacional de minería (ENAMI) a la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), se desarrolla el presente estudio, cuyo objetivo se enfoca en identificar zonas que reporten concentraciones elevadas de estos elementos, tendiente a un proceso de obtención de un concentrado de REE, focalizado en neodimio (Nd) y disprosio (Dy). En lo referente a depósitos naturales en Chile, destacan las regiones de Arica y Parinacota, Atacama, Coquimbo y Biobío como zonas en que se ha informado presencia de REE, asociándose a rocas intrusivas ácidas, el actuar de ellas o procesos posteriores de meteorización y/o erosión que permiten su concentración. Por otra parte, los relaves muestran potencial de recuperación de distintos elementos, entre ellos las REE, se estima que un 13.8% de estos depósitos en Chile podrían ser fuentes potenciales de obtención de más de 100 t de REE. Con el objetivo de conocer el comportamiento de las REE (lantánidos, Nd y Dy), al procesar muestras de relaves, para obtenerlas en solución mediante lixiviación ácida, se trabaja con material del relave Bellavista, ubicado en la localidad de El Asiento en región de Valparaíso. Se identifica su mineralogía empleando lupa binocular y difracción de rayos X (DRX). En función a las especies reconocidas, las REE estarían contenidas en fosfatos, silicatos, óxidos y carbonatos formando minerales propios como la monacita y lantanita o reemplazando elementos en especies asociados a Al, P, Ti, Mg, Na, K, Th, V, Cd de acuerdo a los resultados de análisis de correlación, como el apatito, clorita, arcillas, hotsonita, hidrotalcita, entre otros. Previo a las pruebas de lixiviación, se realiza una etapa de preconcentración física, cuyo fin es aumentar la ley REE en el material con que se va a trabajar permitiendo que el proceso sea más efectivo. Para esto, en base al supuesto que se concentran en minerales no magnéticos pesados, se realizan dos etapas de separación física. Primero una magnética, donde la concentración aumenta en 10% en la fracción no magnética. Una segunda etapa se separa gravimétricamente, donde se obtienen dos submuestras no magnéticas, una liviana y otra pesada, esta última aumento en orden de 15% al 30% dependiendo del elemento, con respecto al compósito inicial. Finalmente, las muestras son lixiviadas a escala de laboratorio por medio de agitación mecánica con ácido nítrico (HNO3) y sulfúrico (H2SO4) con el fin de evaluar cuál de estos resulta más eficiente para el proceso. Se sigue la estructura de un modelo de diseño experimental factorial 23 , considerando como variables en el proceso la razón sólido líquido, concentración de ácido y la temperatura. Los resultados de recuperaciones de lantánidos, Nd y Dy muestran que existe una diferencia de 5% de recuperación entre los ácidos utilizados, donde los mejores resultados se obtienen con HNO3, sin embargo, la cantidad de ácido utilizado supera cerca de un 25% al empleado con H2SO4 (76.6 Kg/t). La razón sólido-líquido es la variable que al aumentar permite obtener mayores recuperaciones de los elementos en solución, no así el aumentar la temperatura y/o la concentración de ácido, que la disminuyen. Las mejores recuperaciones se obtienen con cada ácido se logran utilizando una razón sólido-líquido de 1:5, concentración de ácido 2 M y 36°C de temperatura, recuperándose 18.27%, 21,6%, 22.4% de lantánidos, Nd y Dy respectivamente en solución con HNO3 y 12.22%, 15.4% y 18.4% con H2SO4. A partir de los resultados experimentales se realiza el análisis estadístico del diseño experimental por medio del método Doolittle abreviado, para los elementos de interés con cada ácido, obteniéndose modelos matemáticos que muestran la influencia de cada variable e interacción en el proceso y el análisis de varianza respectivo que valida la representatividad de cada uno por sobre el 99% y, además, muestra los factores significativos en el proceso. Este último indica que la temperatura es la variable que más influye en la recuperación, seguida de la concentración de ácido, por lo que hay que controlarlas adecuadamente para obtener mejores resultados de recuperación.