Experimento 5 - Lixiviación en Columna.pdf

Pontificia Universidad Católica del Perú                                     Laboratorio de Metalurgia Extractiva   

Experimento No. 5  LIXIVIACIÓN EN COLUMNA  I. Objetivo:  Conocer  el  método  de  lixiviación  por  percolación  en  la  recuperación  de  cobre  como  sulfato  cúprico, observando los efectos del tiempo y el tamaño de partícula de un mineral oxidado de  cobre. 

II. Introducción:  Los  minerales  de  cobre  están  divididos  en  dos  grandes  familias:  los  sulfuros  y  los  óxidos.  Ambos presentan como una reactividad muy diferente al tratamiento químico.   Los yacimientos de cobre fueron divididos en dos categorías por Glembotskii, V.A; Klasen, V.I.  y Plaskin, I.N:  1. Asociaciones sulfuradas de cobre y pirita de tipo filoniano.  2. Manifestaciones de impregnación más o menos difusas de óxidos, asociadas con una  mineralización piritosa no muy abundante, que se encuentran en algunos pórfidos cupríferos.  El tratamiento químico, aplicado al primer tipo de yacimientos mediante lixiviación con ácido  sulfúrico  es  un  proceso  extremadamente  lento  tomando  de  3    30  años  (mediante  lixiviación  bacteriana  se  ha  reducido  considerablemente  estos  tiempos).  Para  el  segundo  tipo de yacimientos la lixiviación mediante ácido sulfúrico es la más utilizada por las ventajas  que presenta tanto en tiempo (días/meses), como en cuanto a costos del insumo químico.  —

La lixiviación en pilas es un método que se aplica con regularidad en varios yacimientos a nivel  mundial, para procesar minerales de cobre de baja ley; se aplica también en yacimientos de  tipo hidrotermal en la zona oxidada. Este método es bastante antiguo y se lo utilizaba para  lixiviar  minerales  de  cobre.  Si  bien  este  método  fue  concebido  para  explotar  grandes  depósitos de oro de baja ley, se lo usa también para depósitos de pequeño volumen y de alta  ley, debido a sus bajos costos de capital y operación.  Su flexibilidad operativa permite abarcar tratamientos que pueden durar semanas, meses y  hasta años dependiendo del tamaño del mineral con que se esté trabajando.  El  mineral  fracturado  se  coloca  sobre  un  piso  impermeable  formando  una  pila  de  una  cierta  altura  sobre  la  que  se  esparce  una  solución  diluida  de  ácido  sulfúrico,  la  que  se  percola  a  través del lecho disolviendo los metales finamente diseminados en la mena.  La solución enriquecida en cobre se colecta sobre el piso impermeable, dispuesto en forma  ligeramente  inclinada  que  hace  que  fluya  hacia  la  pileta  de  almacenamiento,  desde  ahí  se  alimenta el circuito de recuperación.  La lixiviación por percolación en columna se aplica generalmente a minerales de cobre de  baja ley (0.2   1%), que contienen el mineral valioso finamente diseminado y las características  químicas de la ganga se manifiestan con tendencias de mediana o muy baja reactividad a la  solución lixiviante.  –

Las reacciones químicas de los diversos minerales oxidados se describen a continuación:  1

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Reacciones químicas de los minerales oxidados de cobre con ácido sulfúrico  Minerales  Cuprita  Azurita  Malaquita  Crisocola  Tenorita 

Ecuaciones  Cu 2 O + H 2 SO 4  → CuSO 4  + Cu + H 2 O  Cu + Fe2(SO4)3 → CuSO4 + 2FeSO4  Cu3(OH)2(CO3)2 + 3 H2SO4 → 3CuSO4 + 2CO2 + 4H2O  Cu3(OH)2CO3 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + CO2 + 3H2O  CuSiO3.2H2O + H2SO4 → CuSO 4 + SiO2 + 3H2O  CuO + H 2 SO 4  → CuSO 4  + 3H 2 O 

La lixiviación en columna se describe en la Fig. 1. La bomba (2) recicla la solución desde el recipiente (3) hacia la columna (1), por un tiempo que corresponde al agotamiento del cobre en el mineral.

  Figura 1. Principio de Lixiviación por percolación 

III. PARTE EXPERIMENTAL  Material y Equipo  ‐ 2 bombas peristálticas con dos cartuchos  y mangueras  

‐ Fiolas de 100ml 

‐ Vasos de precipitados 

‐ Solución de ácido sulfúrico 

‐ 4 columnas para percolación 

‐ Solución de carbonato de sodio ‐ ‐  ‐ Anaranjado de metilo 

‐ Bureta para titulación 

‐ pH‐metro 

Mineral:  ‐ Mineral clasificado en dos rangos.  ‐ Análisis mineralógico: Malaquita, cuprita, tenorita y calcopirita.    2

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Procedimiento Experimental:  ‐

Instalar el equipo de acuerdo a las instrucciones suministradas en el laboratorio. 

‐

Cargar las columnas con aproximadamente 0.5 kilos de mineral. 

‐

Determinar el pH del ácido sulfúrico 20g/L con el pH‐metro. 

‐

Graduar el flujo de la solución lixiviante a 20ml/min usando la bomba peristáltica. 

‐

Transcurridas dos horas medir el volumen de la solución en el vaso de precipitados.  

‐

Tomar una alícuota de 1ml de la solución para analizarla en por el espectrómetro de  masas. 

‐

Tomar otro mililitro de la solución y colocarla en un vaso de precipitados, agregar 20ml  de  agua  destilada  y  3  gotas  de  anaranjado  de  metilo,  luego  titular  con  una  solución  de  carbonato de sodio. 

‐

Repetir el procedimiento cada dos horas. 

IV. RESULTADOS  a.

Determine el consumo total de ácido sulfúrico por tonelada de mineral. 

b.

Determine el consumo en toneladas de ácido sulfúrico por kilo de cobre extraído. 

c.

Confeccione los siguientes gráficos:  ‐ [Cu] vs Tiempo  ‐ pH vs Tiempo  ‐ % Recuperación de cobre vs Tiempo.   

V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS  Analice  los  resultados  obtenidos  con  la  ayuda  de  los  gráficos  construidos,  considerando  los  contenidos de hierro y cobre, consumo de ácido sulfúrico y posibles tratamientos posteriores  para la obtención del cobre metálico.   Considere  que  uno  de  los  objetivos  de  este  proceso  hidrometalúrgico  es  el  de  obtener  la  mayor recuperación de cobre al menor costo posible.   

VI. CUESTIONARIO  1. Sugiera un procedimiento experimental para determinar la velocidad de flujo óptima  para un tamaño de partícula determinado.  2. De  acuerdo  a  la  concentración  de  las  soluciones  enriquecidas  en  cobre  obtenidas,  que  tratamientos  posteriores  recomendaría  para  la  obtención  de  cobre  metálico  en  cada  caso.  3. Mencione las características debe tener un mineral para aplicar la lixiviación en pilas.  4. Determine el volumen de H2SO4 concentrado (98% en peso y d = 1.85 g/ml) necesario  3

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para preparar 20 litros de H2SO4 (20g/l), determine su molaridad.  5. Con  los  siguientes  datos  construya  una  gráfica  de  [Cu2+]  vs  tiempo.  ¿Qué  conclusiones puede usted obtener a partir de dicho gráfico?  6.   [Cu2+ ] (mg /L) horas

VII.

4,5 2

8,7 4

18,2 8

21,3 10

32 20

35,8 30

36,1 40

36,2 50

CONCLUSIONES    Las conclusiones deben derivar de la discusión de resultados efectuada. 

VIII. OBSERVACIONES 

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