Simulación computacional de procesos de lixiviación y biolixiviación en pilas de obtención de cobre y transporte de contaminante utilizando Hydrus

Abstract

Esta tesis se enmarca en el desarrollo del proyecto FONDECYT 11110097, de la comisión nacional de investigación científica y tecnológica en colaboración con la Facultad de Ingeniería y Negocios de la Universidad Adventista de Chile. Nuestro país se enfrenta hoy ante grandes desafíos en el mercado mundial del cobre. Siendo actualmente el principal productor mundial de este mineral, la utilización de nuevas tecnologías para mejorar los procesos productivos es de interés del país. Sin embargo, los procesos de minería del cobre también generan contaminación, la cual ha llegado recientemente a afectar la salud humana en adultos y niños en ciudades como Atacama y Antofagasta. Las simulaciones computacionales han tomado un lugar importante en la optimización de los procesos productivos en las industrias mineras y en el estudio del impacto ambiental de los contaminantes generados por los procesos productivos. En este trabajo de tesis se utiliza el programa computacional HYDRUS para las simulaciones en una, dos y tres dimensiones de los procesos de lixiviación, biolixiviación y transporte de contaminante. HYDRUS resuelve la ecuación de Richards mediante el método numérico de elementos finitos. Los algoritmos necesarios para la simulación computacional se encuentran presentes en HYDRUS, el cual que permite su fácil utilización a través de una interfaz que es amigable para el usuario. Los procesos que es posible simular a través de la utilización de este software comercial son diversos, y la lixiviación es uno de ellos. Este proceso es utilizado para la extracción de cobre en pilas de relave aglomerado de limos inorgánicos de baja permeabilidad, con leyes de cobre entre 0,15 y 0,35 %. Este proceso, permite la obtención de cobre de materiales que comúnmente no se procesan en planta. La biolixiviación es una tecnología emergente, que permite agregar valor a la industria minera. La aplicación de la biolixiviación puede resultar potencialmente en costos más bajos y en un impacto medioambiental reducido en la producción de cobre. En este trabajo se propone la utilización de HYDRUS para la simulación computacional del proceso de lixiviación y para la simulación del proceso de biolixiviación bajo condiciones específicas de transferencia de soluto y de borde. Para esto, se harán simulaciones computacionales de flujo de agua y soluto en los procesos de lixiviación y biolixiviación de cobre en pilas de relave aglomerado utilizando modelos matemáticos multidimensionales. Los resultados arrojan que mediante HYDRUS es posible predecir variables de proceso para la lixiviación y biolixiviación de cobre tales como el tiempo de residencia de la solución lixiviante en la pila y el oxígeno disuelto, entre otros. Adicionalmente, fue posible estudiar el impacto ambiental de los procesos de obtención de cobre y predecir la llegada de contaminación por plomo (Pb) a suelos agricultores y napas subterráneas de agua.