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July 6, 2017 | Author: AldairCanahua | Category: Copper, Iron, Aluminium, Minerals, Redox
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UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN TACNA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALURGICA

MONOGRAFIA “LIXIVIACION DEL COBRE” PRESENTADO POR EL ALUMNO: Aldair Canahua Incaccoña PARA EL CURSO DE METODOLOGIA DE ESTUDIOS TACNA - PERÚ 2014

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INDICE Introducción………………………………………………………………………………..3 ¿Qué es la lixiviación?..........................................................................................................4 Lixiviación química minera……………………………………………………………………………………....5 Factores importantes de una lixiviación………………………………………………………………………………….5 Agentes lixiviantes as utilizados……………………………………………………………………………………6 Procesos químicos de la lixiviación…………………………………………………………………………………...6 Pirometalurgia……………………………………………………………………………….7 Hidrometalurgia………………………………………………………………………….…8 Tipos de lixiviación……………………………………………………………………….12 Lixiviación en bate……………………………………………………………………...…13 Lixiviación en Pilas……………………………………………………………………………………….14 Productos………………………………………………………………………………….16 Lixiviación por agitación………………………………………………………..……...…17 Lixiviación Bacterial………………………………………………………………………17 Cementación……………………………………………………………………..…………19 Conclusiones…………………………………………………………………………….....28 Recomendación………………………………………………………………………….…28 Anexos …………………………………………………………………………….…….....29

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INTRODUCCION:

La lixiviación puede llevarse a cabo mediante diferentes técnicas de operación, que dado el análisis de un proyecto, son seleccionadas tanto por factores técnicos como económicos, donde se podrá seleccionar la técnica que sea rentable, mas adelante se mostrara una descripción del proceso químico de la lixiviación. La Lixiviación es una etapa fundamental en el proceso, que involucra la disolución del metal a recuperar desde una materia prima sólida, en una solución acuosa mediante la acción de agentes químicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separación del metal contenida en la fase sólida de sus acompañantes no solubles. En la hidrometalurgia del cobre dada su variedad de sustancias sólidas que contienencobre factibles de ben eficiar por lixiviación, complican laextensión de los fundamentos del sistema lixiviante (sólido –agente – extractante – métodos) Donde nuestra visión es conocer los parámetros necesarios para la extracción del cobre mediante el método de lixiviación acida de oxido de cobre. Calcular que porcentaje de recuperación se puede obtener con el método de lixiviación acida

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¿QUÉ ES LA LIXIVIACIÓN? El objetivo central de este trabajo es dar a conocer y explicar los métodos de lixiviación, profundizando la lixiviación en pilas y en bateas, para que los lectores, puedan identificar y diferenciar cuales son los métodos, ventajas y desventajas de estas técnicas, y tener alguna noción de por cual inclinarse frente a posible elección. La metalurgia extractiva posee variadas ramas entre las que se encuentra la Hidrometalurgia. Esta se encarga de extraer los metales desde los materiales que los contienen a través de métodos fisicoquímicos de fase líquida. Este proceso es utilizado en la extracción de Uranio, Oro, Vanadio, Cobre, Plata, entre otros. La Hidrometalurgia requiere de las siguientes etapas: chancado, molienda, aglomeración, lixiviación, extracción por solventes y electro obtención, sin embargo nos centraremos en el proceso de lixiviación Lixiviación tiene como definición “tratar una sustancia compleja, como un mineral, con un disolvente adecuado para separar sus partes solubles de las insolubles”, la cual es su función actual, y en el que se precisará más adelante. Si se sigue la etimología de la palabra lixiviación, se encuentra que viene del latín: "Lixivia, -ae" sustantivo femenino que significa lejía. Los primeros en acuñarla fueron los romanos, quienes la usaban para referirse a los jugos que destilan las uvas antes de ser pisadas, o las aceitunas antes de molerlas. Enfocado a la minería, el concepto original de esta tecnología aplicada al tratamiento de los minerales de cobre, se originó en EE.UU, pero fue en chile donde se perfeccionó y modificó sustancialmente, logrando una primera aplicación práctica industrial, la cual dio lugar en el yacimiento Lo Aguirre en las cercanías de Santiago de Chile, por la minera Pudahuel. Ya en la década del noventa se expandió ampliamente en la minería cuprífera chilena formando parte de un nuevo camino tecnológico que incluía la extracción por solventes y la electro-obtención de cátodos de cobre. Actualmente la lixiviación es uno de los procesos más usado en la recuperación de minerales. La lixiviación consiste en la disolución del elemento de interés del mineral, por acción de un agente lixiviante externo o suministrado directamente por el mineral en condiciones apropiadas. Los procesos de lixiviación presentan

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diferentes sistemas de operación los cuales se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y económicos. Algunos de estos son:       

ley del elemento de interés en recuperar reservas de mineral. caracterización mineralógica caracterización geológica. comportamiento metalúrgico. capacidad de procesamiento. Costos de operación y capital

LIXIVIACIÓN QUÍMICA MINERA: La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. Dentro de esta tiene una gran importancia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro, cobre y plata. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica. En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas: 1. Lixiviación en pilas. 2. Extracción por solvente. 3. Electro obtención. FACTORES IMPORTANTE DE UNA LIXIVIACION: * Poner en contacto el disolvente con l material que se ha de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal. * Separar la solución forma del residuo solido. * Precipitar el metal de la solución.

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VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA ELECCION DE UN LIXIVIANTE IDONEO : * Naturaleza de la mena o del material que ha de disolver. * Posibilidad de regeneración. * Precio y acción corrosiva. * Condiciones operacionales tales como la temperatura, el tiempo de contacto, la concentración y el PH. AGENTES LIXIVIANTES MAS UTILIZADOS: * Agua * Disoluciones e sales en agua (sulfato férrico, carbonato de sodio, cloruro de sodio, cianuro e sodio, sulfato de sodio, tiosulfato de sodio) * Agua de cloro * Ácidos (sulfúrico, clorhídrico y nítrico) * Bases (hidróxido de sodio y amonio) PROCESOS QUÍMICOS DE LA LIXIVIACIÓN Óxidos Los minerales de cobre que contienen oxígeno son muy solubles en ácido sulfúrico diluido. La rapidez real de disolución depende del tipo de lixiviación y de las condiciones de contacto, pero los ciclos de lixiviación típicos para los minerales que contienen oxígeno son 2 a5 h para concentrados finos con lixiviación por agitación, 5 a 10 días para partículas trituradas en la lixiviación en tanques y 100 a 180 días para la lixiviación en montones. Los factores que favorecen que la rapidez de lixiviación aumente son la alta concentración de ácido (hasta 150 kg H2S04/m3), temperaturas elevadas (hasta 60°C), grandes áreas de contacto y, cuando es posible, la buena agitación. Sulfuros Los minerales de sulfuro de cobre no son solubles en ácido sulfúrico a menos que se tengan condiciones oxidantes. Aun así, las reacciones de lixiviación

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tienden a ser lentas si es que las condiciones oxidantes no son extremadamente fuertes, como las obtenidas con altas presiones de oxígeno. Lixiviación de los sulfuros mediante bacterias Las condiciones oxidantes para la lixiviación prolongada de minerales de sulfuro (lixiviación en depósitos de los desechos minerales) son proporcionadas por el aire atmosférico. Los mecanismos del proceso no se conocen bien, pero se sabe que diversas bacterias autotróficas (bacterias que no requieren materia orgánica para su desarrollo), aceleran las reacciones de lixiviación en algún grado. Se piensa que la bacteria activa es la Thiobacillus ferrooxidans (Fletcher, 1970) la cual se alimenta de la reacción: Fe2+ → Fe3+ (es solución) PIROMETALURGIA El proceso convencional de producción de cátodos de cobre por vía piro metalúrgica es el siguiente:

El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre 0.5-0.2% de cobre, por lo que hay que concentrarlo en la mina, mediante flotación, para su transporte y uso final en la fundición, obteniéndose un concentrado de cobre que tiene entre 20 a 45% de cobre, los otros dos componentes principales son el azufre y el hierro, además de otros metales entre los cuales se encuentra el oro y la plata. El concentrado de cobre se recibe en la fundición, cuya primera etapa industrial es el Horno de fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1300°C. En el horno el azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el hierro conjuntamente sílice procedente de la arena que se introduce en el horno, permanecen en estado líquido.

8 En esta fase líquida el cobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior u se extrae del horno formando parte de un producto que se denomina mata de cobre, con un contenido del 62% de cobre, mientras que la mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en la parte superior del horno y se extrae en forma de escoria con un contenido del 0.8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice.

HIDROMETALURGIA El proceso convencional de producción de cátodos vía hidrometalurgia más conocido por su nomenclatura anglosajona Sx-Ew es el siguiente: En esta vía se parte de mineral de cobre procedente de la mina o residuos mineros, y se tritura a 10 mm siendo posteriormente transportado a los montones o tanques donde será tratado posteriormente. La instalación suele ser anexa a la mina con objeto de ahorra costes y optimizar servicios.

La presente tecnología de Lixiviación de minerales de cobre con ácido nítrico y obtención de cobre electrolítico fino, es una nueva alternativa, con resultados halagadores y de bajo costo en su sistema operativo, primero por el ácido nítrico por ser comercial y de fácil adquisición, segundo por el bajo consumo del mismo, tercero por que se recircula el agente lixiviante una vez recuperado el cobre por vía electrolítica.

9 El trabajo de lixiviación se desarrolla sobre diversos materiales en pulpa (agitación) o partícula (heap leaching) a temperatura ambiente con un tiempo de lixiviación de 24 horas por agitación y 10 días para minerales chancado a partícula en heap leaching, el cobre obtenido por electrodeposición es >99% en circuito cerrado de lixiviación y electrodeposición.

La disolución de bajo contenido de cobre con otros metales e impurezas se trata con un reactivo extractante orgánico, en un circuito cerrado y a contracorriente, que extrae el cobre y permite obtener un electrolito con alto contenido de cobre y limpio de todos los elementos indeseables.

Actualmente como ALTERNATIVA DE LIXIVIACIÓN y electrodeposición directa, se plantea el uso del ácido nítrico. Esta invención se relaciona con la rama Metalúrgica, específicamente en el campo Hidro-electro-metalurgia del cobre y con otras ramas de la Ciencia y especialmente de la Tecnología interesada en el procesamiento de minerales en medio ácido, con el objetivo de recuperar de los minerales el cobre como material fino.

El primer indicio para el desarrollo del presente trabajo fue el de concebir si se podía lixiviar a nivel industrial con el ácido nítrico comercial sin la generación de gases contaminantes. El poderlo aplicar a minerales fue la parte más importante a fin de poderlo implementar en la parte industrial es por ello que se desarrollaron múltiples pruebas con diversos materiales, llegando a desarrollar una estequiometría de tal manera de poder cumplir con las metas y objetivostrazados a fin de poder disolver el cobre, lo cual se desarrollo y hoy se tiene entre manos la técnica completa para su aplicación industrial.

ALTERNATIVA DE LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE CON ACIDO NITRICO: Una alternativa de lixiviación de minerales cupríferos es mediante el ácido nítrico y posterior recuperación por electrodeposición directa del cobre fino. El proceso de lixiviación con ácido nítrico para procesar minerales de cobre, se desarrollo a fin de sustituir el ácido sulfúrico por ser un insumo químico fiscalizado (iqf) en el Perú, Bolivia y Colombia.

10 La ventaja principal es que se trabaja a condiciones normales con diversos materiales de cobre, ya que el ácido nítrico es un agente corrosivo que reacciona instantáneamente y disuelve el cobre del mineral. Así mismo se recicla la solución lixiviante una vez que se ha extraído el cobre por electrodeposición directa al medio lixiviado.

El ácido nítrico posee las siguientes propiedades químicas que favorece el proceso de lixiviación: En la siguiente reacción vemos que es un ácido monoprótico:

El ácido nítrico es un oxidante fuerte, si se trabaja con el ácido concentrado, ya que genera el dióxido de nitrógeno, gas altamente tóxico y volátil:

El ácido nítrico concentrado reacciona con el cobre:

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Cuando se trabaja con el ácido nítrico diluido se forma el óxido nítrico, el cual se regenera y es encargado de la lixiviación del mineral cuprífero:

Si el mineral es sulfurado, reacciona el ácido nítrico con el azufre de la siguiente manera:

El proceso de lixiviación con ácido nítrico es preferible realizarlo en solución diluida para recuperar el cobre, el mecanismo de reacción es el siguiente:

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La solución lixiviada procesada por electrolisis para recuperar el cobre fino, genera el óxido nítrico el cual es regenerado para formar el ácido nítrico para proceder a lixiviar mineral fresco:

El potencial de reducción estándar en disolución acuosa del azufre, cobre y el ácido nítrico son:

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Lixiviación mineral cuprífera

a) Mineral sulfurado

El mineral sulfurado es lixiviado por el ácido nítrico a condiciones normales, sin la adición de ningún agente externo, el ácido nítrico es un poderoso oxidante que logra separar el azufre del mineral sulfurado, ver ecuación 43, logrando de esa manera dejar libre al cobre para luego disuelto y permanecer en el medio acuoso para su posterior recuperación por electrodeposición directa.

Cuando se electrodeposita el cobre del medio lixiviado, se regenera la solución logrando generar óxido nítrico el cual con el oxígeno que se genera se logra

14 obtener ácido nítrico naciente el cual disuelve el sulfuro de cobre de la siguiente manera:

b) Mineral oxidado

El mineral oxidado en sus diversas variedades es lixiviado por el ácido nítrico diluido, logrando de esa manera solubilizar todo el cobre presente en el mineral, es una nueva técnica de lixiviación, ya que el ácido sulfúrico es un insumo químico fiscalizado, que los pequeños mineros y artesanos no pueden utilizar para recuperar el cobre presente en sus minerales.

Al desarrollar el proceso de lixiviación del mineral oxidado se genera el óxido nítrico, dicho compuesto con el oxigeno que se genera al desarrollar la electrolisis se regenera el ácido nítrico in situ.

Dicho ácido nítrico es el encargado de realizar la lixiviación con el mineral fresco para seguir disolviendo el cobre presente y continuar con el ciclo de disolución, y precipitación electrolítica.

Electrowinning cobre fino

15 El cobre proveniente del mineral (oxidado o sulfurado) el cual es lixiviado con el ácido nítrico diluido, una vez que este es disuelto en la solución percolada. Sin realizar ningún tipo de proceso de limpieza de la solución se electro deposita directamente en una celda especial, lográndose obtener cobre fino con un 99,99% de pureza. El mecanismo electrolítico regenera el óxido nítrico a ácido nítrico por la formación de oxígeno en el electrodo anódico, el cual interactúa con el óxido nítrico para la formación del ácido nítrico in situ, el cual continúa lixiviando el cobre del mineral.

El proceso electrolítico genera una buena cantidad de oxígeno para el desarrollo de la regeneración del ácido nítrico in situ.

Reciclado del óxido de nítrico

El óxido de nítrico que se forma de la electrodeposición del cobre, es regenerado por la formación del oxígeno que se desarrolla en el ánodo, por el proceso electrolítico.

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TIPOS DE LIXIVIACIÓN El mineral forma un lecho fijo de partículas que es bañado por una solución. El agente lixiviante entra en contacto con el lecho mineral y a medida que va descendiendo va diluyendo el material de interés. Finalmente la solución rica en el elemento de interés se recoge en la base del lecho. Así, en este grupo de procesos se distinguen: Lixiviación in situ – in place: La lixiviación in place consiste en la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras que la lixiviación in situ se relaciona a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado. Lixiviación en bateas: Esta técnica consiste en unir un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Lixiviación en pilas: Es un proceso que permite disolver el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una solución de ácido sulfúrico y agua. Lixiviación en botaderos: Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes no pueden ser tratados a través de métodos comunes. Si bien los cuatro métodos mencionados anteriormente son importantes, en este documento se profundizará sobre la lixiviación en pilas y la lixiviación en bateas.

LIXIVIACIÓN EN BATEAS: La Lixiviación en bateas conocido también como sistema de lixiviación por

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percolación, consiste en la utilización de una estructura de hormigón con forma de paralelepípedo, en donde se deposita el mineral previamente chancado para posteriormente cubrirlo con las soluciones de lixiviación hasta 1/2 o ·3/4 de su volumen. El molde de hormigón posee un fondo falso de madera, cubierto con una tela filtrante que permite la recirculación en sentido ascendente o descendente de la solución, de modo de favorecer la dilución del mineral. En la utilización de este método se dispone de una serie de bateas ubicadas en serie una contigua a la otra, donde cada batea está conectada a la siguiente de manera de permitir la circulación de la disolución entre estas, tal que las sucesivas recirculaciones permiten subir el contenido del metal de interés (generalmente cobre), tanto como para poder enviarlas a recuperación electrolítica directa. Dado que las bateas son sistemas de operación muy dinámica, son apropiados solamente para lixiviar minerales que presentan una cinética de disolución muy rápida. El ciclo de lixiviación en bateas es normalmente muy corto del orden de 6 a 12 días. La utilización de este método otorga una mayor rapidez al proceso de lixiviación ya que al estar el mineral total o parcialmente sumergido en la solución facilita la dilución de este. El proceso permite el tratamiento de un volumen considerable de mineral ya que tiene la facilidad de conectar una serie de estas, aumentando la productividad del mismo. Las desventajas del método son su reducido campo de aplicación donde como ya se dijo debido a sus características dinámicas requiere de minerales de rápida cinética de dilución, además de la elevada inversión inicial requerida para la construcción de las bateas junto con la necesidad del tratamiento del mineral. Contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

18 Ventajas y desventajas:         

Operación flexible Soluciones ricas de alta concentración Presenta alta eficiencia de lavado Requiere menor volumen de agua que la agitación por TM demena Existencias de reacciones laterales no deseables Mayores dificultades de automatización Costos apreciables de manejos de mena y ripios Mayor mano de obra para mantención, reparación einspecciones Requiere de mayor superficie e infraestructura

LIXIVIACIÓN EN PILAS El riego de las pilas, es decir, la lixiviación es el material chancado transportado mantiene por 45 a 60 días, después de lo mediante (generalmente es correas cual se supone que se ha agotado casi transportadoras) hacia el lugar donde se completamente formará la pila. En este trayecto el material lixiviable. El material restante o ripio es es sometido a una primera irrigación con una transportado mediante correas a botaderos solución de agua y ácido sulfúrico, conocido donde como proceso de curado, de manera de proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre. Iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en se la podría cantidad reiniciar de un cobre segundo los minerales oxidados. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material. CONTRUCCIÓN DE LAS PILAS El diseño de las pilas debe tener en cuenta los siguientesfactores : - La calidad del patio o base de apoyo (impermeable) - Las facilidades de riego y recolección o drenaje del efluente - La estabilidad de la pila seca y saturada en agua

19 - Los tanques (piscinas) de soluciones ricas y pobres - La forma de apilamiento o deposición del material lixiviable(Compactación, homogeneidad, etc.) Preparación de la base de las pilas El sistema consiste en: - Una base firme y consolidada, debidamente preparada - Una capa de lecho granular sobre el que apoyar suavemente la lámina - La lámina o capa de impermeabilización - Un conjunto de drenaje o capa de recolección de líquidos - Una capa protectora del sistema

SISTEMA DE RIEGO A través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre PRODUCTOS De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con con centraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas. Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extracción por solvente. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO QUÍMICO La velocidad a la que ocurre el proceso de lixiviación tiene un comportamiento parabólico, esto se debe a las etapas involucradas en el mecanismo de lixiviación de una partícula de mineral. Zona ya lixiviada Zona sin lixiviar Este mecanismo es el origen del comportamiento parabólico de la lixiviación. Tiempo de lixiviación

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Las etapas son: 1-Reactivo lixiviante ( H, Fe) difunde a través de la capa límite hacia la superficie de la partícula 2- Reactivo lixiviante difunde en el interior de la partícula hacia la zona de reacción Se muestra a continuación la deducción de la ecuación de la velocidad de lixiviación de una partícula de mineral un caso extremo: en que la velocidad de lixiviación está controlada por la velocidad de difusión del reactivo lixiviante a través del sólido (etapa 2) Se usara como modelo la siguiente reacción D(sólido ) C (solución )  bB(sólido ) A(solución ) 3- Ocurre la reacción química, se forman productos de la reacción +2 4- Productos solubles de la reacción (Cu ,+2Fe ) difunden en el interior de la partícula hacia la superficie de esta. 5-Productos solubles difunden a través de la capa límite hacia el seno de la solución La velocidad del proceso de lixiviación es inicialmente alta dado que el reactivo ataca directamente a las especies de cobre presentes en la superficie de la partícula. Con el paso del tiempo la velocidad de la reacción decae porque la superficie de reacción está cada vez más alejada de la superficie de la partícula y los reactivos y productos tarda más tiempo en desplazarse a interior de la partícula. Lixiviación por agitación La lixiviación en reactores, es solo aplicable a material finamente molido, ya sean lamas, relaves, concentrados o calcinas de tostación, y se realiza utilizando reactores agitados y aireados. Esta operación permite tener un gran manejo y control del proceso de lixiviación. Además, la velocidad de extracción del metal es mucho mayor que la lograda mediante el proceso de lixiviación en pilas o en bateas. Es un proceso de mayor costo, ya que incluye los costos de la molienda del mineral. Sus ventajas comparativas con otros métodos de lixiviación son:   

Alta extracción del elemento a recuperar Tiempos cortos de procesamiento (horas) Proceso continuo que permite una gran automatización

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Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos

Sus desventajas son:  

Un mayor costo de inversión y operación Necesita una etapa de molienda y una etapa de separación sólido-líquido (espesamiento y filtración).

Lixiviación bacterial La lixiviación bacterial de minerales sulfurados envuelve el uso de microorganismos que ayudan en la extracción del metal de valor. La disolución de metales por acción de bacterias desde minerales escasamente solubles, puede ocurrir por dos mecanismos: Directo: Por el metabolismo del propio microorganismo Indirecto: Por algún producto de su metabolismo Es importante tener presente que el metal de interés puede o no estar necesariamente en la forma de sulfuro y, como ocurre en el caso del Oro, puede encontrarse encapsulado en especies sulfuradas o arsenicales ( pirita o arsenopirita).En estos dos casos, la acción bacteriana es requerida para lograr la oxidación, aunque sea parcial, de los concentrados de flotación de estos compuestos en capsulantes, para facilitar la posterior penetración del reactivo del lixiviación del oro (ejemplo: cianuro de sodio en medio alcalino). Además de los factores que influyen en la lixiviación ácida, las condiciones que afectan la cinética de la lixiviación bacteriana son: Aireación: La acción bacteriana, en cuanto a las reacciones de lixiviación de sulfuros, requiere de la presencia de una concentración máxima de oxígeno. Además por corresponder a un organismo autótrofo, requiere dióxido de carbono como fuente de carbono para su metabolismo. Nutrientes: Para mantener la viabilidad de estos microorganismos, ellos necesitan energía y fuentes de elementos tales como: nitrógeno, fósforo, magnesio, azufre, fierro, etc.

22 Temperatura: El rango de temperaturas de crecimiento de estos micro organismos va desde 2 hasta 40ºC, siendo el óptimo del orden de 28 a 35ºC dependiendo de la cepa bacteriana. pH: El rango de pH de crecimiento de estos microorganismos va desde 1,5 hasta3,5, siendo el óptimo del orden de 2,3 Clasificación de las bacterias según su rango de Tº para su desarrollo: Mesófitas: Se desarrollan bien a Tº próximas al ambiente (20 a 35ºC), son lasmas habituales en las lixiviaciones de minerales, sean en pilas, botaderos.Pertenecen a los géneros Thiobacillus y Leptospirillum. Moderadamente Termófilas: Su mejor comportamiento se da entre 45 a 60ºC, solo ocasionalmente se las encuentra en botaderos y lixiviación insitu cuando las temperaturas han subido a causa de las reacciones exotérmicas de los sulfuros. Se usan principalmente en lixiviación de concentrados en reactores con Tºcontrolada. Pertenecen al genero Sulfobacillus y Leptospirillum . Extremadamente Termófilas: Su rango de trabajo optimo está entre los 60 y80ºC, raramente se dan en operaciones de lixiviación natural. Pertenecen a los géneros Sulfolobus, Acidianus, Metallosphera y Sulfurococcus Son muy exitosas en reactores de Tº controladas. Ciclo de vida de una colonia de bacterias inoculadas en unmedio de cultivo adecuado: Etapa de acostumbramiento: Periodo inicial de crecimiento lento al nuevo medio (poca actividad bacteriana). Etapa de crecimiento exponencial: La bacteria se multiplica exponencialmente. En esta etapa se puede medir experimentalmente una importante característica ( particular de cada bacteria) que es el periodo de duplicación.

23 Etapa estacionaria: Corresponde a la limitación de la velocidad de solubilizarían o de crecimiento de la población debido al agotamiento repentino de uno o mas delos nutrientes esenciales. Etapa de muerte: Disminución de bacterias viables, decaimiento de actividad.

CEMENTACIÓN La cementación consiste en la reducción del metal a forma metálica elemental mediante el empleo de otro metal con mayor potencial de oxidación que él. - Se llama cementación porque el metal que se reduce suele aparecer adherido sobre el reactivo que se añade. El metal más noble es el que se cementa - Cuanto mayor es la diferencia de potencial entre ambos metales más favorecida está la reacción (DG es menor). - Lo que se forma es una pila galvánica, donde el cátodo es el metal que se cementa y el ánodo el que se disuelve. - La cinética de la reacción depende de la diferencia de potencial y de la concentración de la disolución. El mecanismo redox que ocurre es el de una pila galvánica: Las partículas del metal cementante presentan en zonas localizadas un potencial menor que en otras zonas (límites de grano, fases,.....). Las zonas de menor potencial actúan como ánodos frente al resto de la partícula, que actúa como cátodo. Así, el metal que se reduce se deposita en las zonas catódicas mientras que el metal cementante se oxida y disuelve a través de las zonas anódicas. La elección del cementante: Se realiza en primer lugar según el potencial redox del par entre los dos metales. La gráfica siguiente muestra una serie de potenciales electromotrices entre varios pares. Pero la elección final depende del precio y de la aplicación a la que se destine la cementación.

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CUANDO SE EMPLEA LA CEMENTACIÓN Las cementaciones suelen emplearse en dos tipos de situaciones: 1. Obtención del metal: Prácticamente sólo se emplea en lixiviados de Cobre, muy diluidos y/o con impurezas elevadas, por lo cual no es rentable procesarlos por electrólisis. 2. Cuando tenemos lixiviados concentrados con cationes que interferirían en la electrólisis: Todos aquellos cationes presentes en un lixiviado, que tengan un potencial de reducción superior al del metal que queremos recuperar interferirán en la electrólisis, ya que precipitarán conjuntamente con él. La limpieza de estos cationes se suele realizar por cementación, dejando al lixiviado libre de ellos. CEMENTACIÓN PARA OBTENCIÓN DE METAL La cementación más habitual es la del Cu (en forma de sulfato de Cu+2 en el lixiviado) con chatarra de Fe: - El Fe se oxida mientras que el cobre se reduce a Cu metálico, precipitando. - Esta cementación es utilizada aún extensamente hoy en día en muchas plantas. CEMENTACIÓN PARA PURIFICACIÓN DE LIXIVIADOS En principio, todas las impurezas disueltas en el lixiviado (cationes), que presenten un potencial de reducción superior al del metal que se quiere recuperar, pueden eliminarse del lixiviado mediante una cementación selectiva: Lo habitual es emplear como metal cementante el mismo que queremos recuperar en el lixiviado, y así no se añaden impurezas adicionales: - Para extracción electrolítica de Cu: Para limpiar de plata las disoluciones de Cu, se realiza la cementación de los cationes Ag+ con Cu metálico. La plata cementada se procesa después para su recuperación. INTERFERENCIAS DE LA CEMENTACIÓN El oxígeno: Ya que su potencial de reducción es +1,2 V, superior al de la mayoría de metales, debe ser eliminado en lo posible de la disolución.

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Los iones H+: Pueden reducirse y formar H2, en vez de reducir el metal (excepto en el caso de Au y Ag, en el resto de metales es una interferencia real). Para prevenir este fenómeno lo que se hace es disminuir la concentración de protones, es decir, aumentar el pH, aunque ello conduce a formación de hidróxidos y con ello a la disminución de la velocidad de reducción. Reacciones de “PASIVACIÓN”: Esto es habitual en el aluminio, quien a pesar de tener muy altas diferencias de potencial con muchos metales, su oxidación conduce a la formación de una capa de alúmina (óxido de aluminio) en su superficie impidiendo el progreso de la reacción de oxidación. CEMENTACIÓN DEL COBRE CON Fe Cementación directa de Cu+2: Las disoluciones de sulfato de cobre se cementan con Fe troceado de chatarras. Es la cementación más extendida a nivel industrial. El consumo aproximado es de: 1,5-2 Kg Fe por 1 Kg de Cu La reacción química indica que el consumo debería ser de 0,85Kg de Fe por cada Kg de Cu, pero las reacciones secundarias de reducción de H+ y O2 conducen a este elevado consumo. El cementado se obtiene con una pureza del 85-90% Cu, por lo cual requiere después un procesado de purificación que suele consistir en:  Fusión y conversión para conseguir un 99% de pureza, o  Nueva lixiviación y precipitación con H2, para obtener cobre en polvo del 99,7% de pureza. PRECIPITACIÓN CON BATEAS O CANALETAS GRAVITACIONALES: Este es el sistema más antiguo para la cementación de cobre y se basa en el uso de recipientes o bateas hechas de hormigón con fondo de madera. La base de estas bateas tiene una pendiente de 2%, lo que permite el escurrimiento de las soluciones desde una punta hacia la otra.

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En cada una de las bateas se adiciona permanentemente chatarra de hierro, y desde el extremo de mayor altura, se alimentan en forma continua las soluciones ricas en cobre. De esta forma y por efecto de la pendiente de la batea, las soluciones escurren hacia el extremo de menor altura, manteniendo un contacto permanente con la chatarra, logrando que se produzca la cementación. Cabe recordar que por efectos de eficiencia del sistema, se requiere un flujo continuo y una velocidad de escurrimiento suficiente para que el consumo de chatarra no aumente, ya que a mayor tiempo de cementación, aumenta considerablemente los requerimientos de chatarra. La recuperación de cobre mediante este sistema alcanza alrededor de un 80 – 85%, obteniéndose un producto bastante sucio, debido a la contaminación con chatarra. PRECIPITACIÓN CON EQUIPOS ROTATORIOS DISCONTINUOS: Estos equipos fueron desarrollados en Alemania en la década del 60, y se les conoce como "fall-trommels". En Chile, fueron utilizados en la Mina La Cascada entre los años 1972 y 2000, y en Mantos Blancos desde 1991 a 1996. Cada reactor de estos equipos está formado por una botella de acero cilíndrica, cerrada y con un extremo semi-esférico. Su capacidad alcanza a los 33 metros cúbicos y tiene un eje inclinado a unos 25 grados por encima de la horizontal. A su vez, el reactor cuenta con los mecanismos necesarios para rotar lentamente sobre el eje a unas 0,3 rpm, similar a la rotación que mantienen los camiones que transportan cemento. La gran ventaja de estos reactores en relación al uso de las bateas, es que logran mantener la chatarra en movimiento permanente, con lo que el cobre depositado se despega continuamente, generando nuevas superficies de precipitación y pudiendo así alcanzar grandes rendimientos. PRECIPITACIÓN CON EQUIPOS ROTATORIOS CONTINUOS: A partir de los diseños originales de lo alemanes, en los años 60 se desarrolló en Chile una serie de reactores cilíndricos, pero horizontales, de diversas dimensiones, inicialmente hechos de madera y con sistemas de movimiento similares a los de un molino de bolas, que giran sobre su eje a una frecuencia muy baja, correspondiente a una vuelta por cada 3 a 5 minutos.

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• En su interior, los cilindros presentan un sistema de protección basado en tacos de madera de fibra larga, similar a la del eucaliptus, colocados uno al lado del otro, con el sentido de la fibra orientada hacia el interior del reactor. • Al humedecerse, la madera se hincha, generando un sello perfecto para el líquido contenido. En el manto del cilindro se ubica una compuerta para efectuar el relleno de chatarra cada vez que se inicia un nuevo turno. PROCESOS QUÍMICOS DE LA CEMENTACIÓN Cuando una pieza de fierro metálico es sumergida en una solución acuosa con iones cobre, el hierro tiende a entrar en solución mientras que el cobre metálico tiende a precipitar. La fuerza motriz para el proceso es el potencial electroquímico de la reacción (1). Este potencial es la diferencia entre los potenciales de media celda del cobre y del fierro, es decir Estos potenciales están relacionados con los potenciales electroquímicos estándar y las actividades de los iones en solución mediante la ecuación de Nernst (T = temperatura, °K; F = Constante de Faraday, 96500 culombios por peso equivalente gramo, R = constante de los gases, 8.31 Joules/gmol °K) de los cuales: Los potenciales estándar de reducción (Gibss-Stockholm) para el cobre y el hierro son +0.34 y -0.41 volts, respectivamente, de manera que en términos numéricos, la ecuación es: La reacción (1) procederá hasta que el potencial 14.1 se aproxime a cero volt, condición en la que los metales y iones han alcanzado el equilibrio. La relación de equilibrio iónico aFe2+ aCu2+ puede calcularse con la condición de O volt aplicada a la ultima ecuación. A 25°C la relación es 1()25. Esta relación extremadamente grande indica que la reacción (1) puede proceder hasta que casi todos los iones cobre precipitan de la solución, lo cual está de acuerdo con la práctica de cementación industrial según la cual más del 90 % del cobre es quitado de las soluciones saturadas antes de que sean recicladas al circuito de lixiviación. La ecuación (1) establece que 1 mol de fierro (55.85 Kg.) debe precipitar 1 mol de cobre (63.54 Kg.), que equivale a 0.88 Kg. de hierro por kg de cobre. En la operación industrial son necesarios 1.5 a 2.5 Kg. de hierro, en gran parte como consecuencia de las dos reacciones secundarias

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El oxígeno atmosférico contribuye a que se consuma fierro en exceso porque lo oxida directamente o puede producir iones Fe3+ que consumen hierro metálico según la ultima reacción. Alguna parte del cobre también se puede oxidar y disolver nuevamente, lo cual hace necesaria una nueva precipitación. CINÉTICA DE LA CEMENTACIÓN En la reacción de cementación se transfieren electrones entre el hierro que se disuelve y el cobre que precipita. Esto hace que el cobre se deposite en la superficie del fierro en vez de permanecer en la solución. Por consiguiente es necesario que las condiciones en el flujo de fluido y en la superficie del hierro sean las adecuadas para que el precipitado sea fácil de separar de la superficie de éste. Parece no haber una norma absoluta para la obtención de un depósito granular denso, pero parece que las altas velocidades del flujo de la solución a través del acero y los bordes pronunciados (aristas vivas) dan el mejor tipo de precipitación para su colección y transporte. La cinética de la cementación del cobre ha sido muy estudiada. Hay acuerdo en que la etapa determinante de la rapidez es la difusión de los iones cobre hacia la superficie de acero, en cuyo caso la rapidez de cambio de la concentración de cobre en la solución de lixiviación es (siempre que la concentración del ion cobre sea insignificante en la interfase fierro/solución): Donde Ccu2+ = La concentración de cobre (kg/m3) en la solución en el instante t: K = Constante de rapidez específica para el proceso, la cual depende de las condiciones de flujo de fluido y de la temperatura (mts). A = área de fierro expuesta (m) por m de solución. Así, la rapidez de precipitación del cobre es proporcional a la concentración de cobre en solución, el área de hierro o expuesta y la constante de rapidez específica. La constante de rapidez específica y, por lo tanto, la rapidez de cementación pueden aumentar al hacerlo la temperatura y el grado de agitación. Además, al disminuir la presencia de iones Fe3+ y del oxígeno atmosférico baja el efecto de las reacciones secundarias (por ejemplo las 2 ultimas reacciones trae como consecuencia una rapidez de cementación alta y utilización efectiva del fierro. Biswas y Reid (1972) demostraron experimentalmente que en una atmósfera de nitrógeno, el hierro consumido durante la cementación del cobre se aproxima en gran medida al que se necesita estequiométricamente.

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TÉCNICAS INDUSTRIALES DE CEMENTACIÓN El sistema de cementación preferido y el más simple ha sido el canal abierto en el cual las soluciones de lixiviación saturadas fluyen por gravedad a través de un canal o serie de canales de madera o concreto llenos con chatarra de acero. Los canales varían considerablemente en dimensiones y forma (línea recta o zig zag) pero la técnica es esencialmente la misma en todos los casos. En diseños de canal más recientes, la chatarra de acero es mantenida sobre emparrillados de madera colocados sobre el fondo del canal. Esto permite al cobre cementado caer al fondo del canal de donde puede ser recuperado lejos de la chatarra de acero. La operación de los canales abiertos conlleva un alto gasto de chatarra de acero, de hasta 3 veces el hierro estequiométrico que en realidad se usa. Además de este gasto extra, la mano de obra empleada para realizar las adiciones de chatarra de acero y recuperar el cobre cementando en los sistemas de canal abierto es bastante considerable. Varios sistemas de cementación compactos y dinámicos se han creado y usado industrialmente (Spedden y colaboradores, 1966). El que ha dado mejores resultados es el precipitador Cono Kennecott, en el cual la solución de lixiviación saturada es forzada hacia arriba en un movimiento giratorio a través de chatarra de acero desmenuzada. El sistema de Cono Kennecott consiste en un tanque de madera cilíndrico, de 6 a 7 m de alto, 4 a 6 m de diámetro, dentro del cual está fijo un cono de acero inoxidable de 4 m de altura (vértice hacia abajo). El tercio superior del cono está construido de tela de acero inoxidable. La solución de lixiviación saturada es introducida con movimiento giratorio hacia el interior del cono mediante dos anillos instalados en el interior del cono situados a un tercio del fondo y a la mitad del cono a través de aberturas dirigidas lateralmente sobre los anillos. La solución gira hacia arriba a través del desperdicio de acero desmenuzado y el cobre se precipita a medida que hay contacto. La acción del movimiento giratorio desprende el cobre precipitado de las superficies de hierro y las partículas quedan suspendidas en la solución. Las partículas de cobre son transportadas hacia arriba cerca de la parte superior del cono donde, a medida que disminuye la velocidad debido al ensanchamiento de éste se hunden a través de la porción de tela metálica y pasan hacia el área de recolección en el fondo del tanque.

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El Cono Kennecott es una unidad de alta capacidad (10 m3/min) de solución en un depósito de 7 m de alto y 4 m de diámetro; Malouf, 1973). El sistema es flexible y pueden ser colocados dos o más conos en serie (o en serie con un canal) para que sean máximas las recuperaciones y producción de cobre o para manejar soluciones con altas concentraciones de dicho metal. Además de la alta velocidad de producción, el cono tiene la ventaja de un bajo consumo de hierro, en el orden de solamente 1.6 veces el requerimiento estequiométrico comparado con 2.3 para la técnica de canal equivalente (Spedden y colaboradores, 1966). Se ha probado la eficacia del Cono Kennecott que ahora se usa extensamente junto con las grandes operaciones de lixiviación en pilas. PUREZA DEL PRECIPITADO El cobre obtenido de la cementación sobre hierro tiene algunas impurezas por lo que es necesaria una refinación posterior, casi siempre en un ciclo de fundición-refinación normal. Recientemente ha sido concedida una patente australiana. (Reid, 1972) por la cual se produce un cobre con 99.8% de pureza llevando a cabo la reacción de cementación bajo nitrógeno seguida por un lavado con ácido sulfúrico y desecación en atmósfera de nitrógeno. Este proceso, si tiene éxito, producirá un material apropiado para aplicaciones en la metalurgia de polvos. En general, el cobre producido por cementación es impuro y esto ha conducido a investigar sobre métodos para producir cobre de alta pureza a partir de soluciones de lixiviación diluidas. La extracción con disolventes, el tema de la siguiente sección, ha sido el avance más importante. EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES En cuanto al cobre, la extracción con disolventes comprende: a) La extracción selectiva del cobre a partir de soluciones de lixiviación ácidas en una fase orgánica inmiscible. b) El agotamiento del cobre de esta fase orgánica en una solución acuosa fuertemente ácida (150 Kg. de H2S04/m3). Esta solución acuosa absorbe al cobre en una alta concentración (30 a 50 Kg./m3) y sirve como electrolito para la separación por electrólisis de dicho elemento.

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El disolvente orgánico tiene muy poca solubilidad para las impurezas metálicas de manera que éstos permanecen casi en su totalidad dentro de la solución de lixiviación original. Por consiguiente, el electrolito final está de hecho, por decido así, libre de impurezas.

El proceso de extracción con disolventes se usa principalmente para extraer el cobre de las soluciones de lixiviación diluidas (1 a 5 Kg. de Cu/m3, 1 a 5 Kg. de H2S04/m3) para producir electrolitos con alto contenido de cobre y de ácido (40 a 50 Kg. de Cu/m3, 135 a 150 Kg. de H2S04/m3) de los cuales pueden ser obtenidos por separación por electrólisis cátodos de cobre de alta pureza. Las ventajas de la extracción con disolventes son que: a) Se produce un electrolito con suficiente concentración de cobre para la separación por electrólisis directa a partir de soluciones de lixiviación diluida. b) Se evita casi por completo que las impurezas de la solución de lixiviación pasen al electrolito. Ambas ventajas son importantes en el tratamiento de soluciones diluidas de cobre y también es empleada en la obtención de electrolitos puros a partir de soluciones concentradas (30 Kg. de Cu/m3) impuras.

CONCLUSIONES  Se ha caracterizado el mineral de trabajo, se ha recibido un mineral con análisis de químico conocido, misma se ha verificado analizando el contenido de cobre y fierro, usando los métodos de análisis adjunta en anexo , con micros pía óptica se ha identificado los tipos de minerales existentes en la muestra, el contenido de fierro es importante, porque esta sustancia también consume acido sulfúrico en la lixiviación.  Realizando las pruebas experimentales con una muestra tipo de oxido de cobre, caracterizado, supera una recuperación por encima de 90%, este al nivel experimental, generalmente se mejora en la planta de procesamiento, con la recirculación de los materiales tratados.  Se ha identificado las reservas de minerales existentes en el Perú, de acuerdo a los registros de la Dirección General de Minería del

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Ministerio de Energía y Minas, los datos se encuentran actualizados en sus páginas  Se ha establecido la renta obtenida con la tecnología aplicada, con una  recuperación de 90%, del orden de 99.33 dólares americanos la utilidad por  cada tonelada métrica de mineral procesado, considerando la muestra con 4.2 %de ley de cobre, para ello se ha usado la cotización internacional del precio del os metales y los costos de operación establecidas por la Sociedad Nacional de Minería y Petróleo, Instituto de Investigación de Economía DESCO RECOMENDACIONES. * No llevar a ebullición la solución de cobre, ya que esto puede dañar nuestro organismo. * Cuando agregamos los clavos de hierro a la solución de cobre, calentar con cuidado para que la reacción se lleve de una forma eficaz.

ANEXOS ANEXOS N° 1

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ANEXO N° 2

ANEXO No 3 EVOLUCIÓN DE PRECIOS Y COSTOS DE PRODUCCIÓN DE COBRE EN CTVS US$/LB

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