Efecto de los cationes en el comportamiento mecánico e hidraúlico de minerales con altos contenidos de arcillas

Abstract

El presente trabajo tuvo como objetivo general estudiar el comportamiento mecánico e hidráulico en mezclas minerales de contenidos variables de cuarzo y minerales de arcilla (caolinita bien cristalizada, montmorillonita-Na y montmorillonita-Ca) proporcionados por The Clay Minerals Society en diferentes soluciones acuosas, tales como agua destilada, agua de mar, CaCl2 y NaCl. Esto se realizó mediante pruebas que incluyen la determinación de los Límites de Atterberg y ensayos de permeabilidad. Adicionalmente, se llevó a cabo una lixiviación de un mineral oxidado de cobre proveniente del yacimiento Centinela de Antofagasta Minerals S.A. Este material perteneciente a un depósito tipo pórfido con enriquecimiento supérgeno y alteración hidrotermal argílica fue analizado mediante análisis granulométrico, ensayo de permeabilidad, Límites de Atterberg, análisis mineralógico, análisis químico y ensayos metalúrgicos. Las pruebas de plasticidad arrojaron como resultados que la caolinita no presenta variaciones respecto de las soluciones catiónicas empleadas en el análisis de su comportamiento mecánico e hidráulico, ya que para todas sus muestras presenta una clasificación de baja plasticidad, mientras que su permeabilidad tampoco manifestó una variación. Esto debido a su estructura eléctricamente neutra. En otras palabras, no necesita adsorber agua o algún catión presente en el sistema para poder estabilizarse, explicando de esta manera su baja interacción con el medio. En el caso de las montmorillonitas, estas mostraron un cambio significativo al utilizar soluciones catiónicas, disminuyendo de manera importante su plasticidad y un aumento relevante en su permeabilidad. Esto indica que la utilización de cationes en la solución puede aumentar la conductividad hidráulica al doble en el caso de la montmorillonita-Ca y en dos órdenes de magnitud para la montmorillonita-Na utilizando un catión bivalente (Ca2+), debido a la contracción de la doble capa eléctrica, disminuyendo los fenómenos de repulsión electroestática la que actúa inhibiendo su expansión. Respecto la lixiviacion en columna, se encontró que en la columna de agua destilada, los glómeros comenzaron a desagregarse, llevando consigo el transporte y posterior sedimentación de finos llevando consigo una disminución en la permeabilidad. Los resultados de la recuperación de cobre demuestran que lixiviar con agua de mar presenta un mejor rendimiento con un 50.45%, dado principalmente a la presencia del ion cloruro en la solución, el cual incrementa la solubilidad del hierro generando Fe3+. Mientras que la columna de agua destilada fue sólo de 22.57%. Además, los resultados de los procesos de lavado y elución indican que existió un atrapamiento mecánico dado por la expansión de las arcillas, los cuales se ven favorecido en agua destilada, al igual que los procesos de intercambio catiónico producidos durante la elución.