Download - CAP I Lixiviacion de Cobre
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
1/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
2/56
El Cobre est presente en la corteza terrestre principalmente en forma de
minerales sulfurados como la calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) y
calcosina (Cu2S). La ley o concentracin de estos minerales en un mineral es
de baja ley, las menas mas comunes contienen de 0.5% (minas a cielo abierto)
hasta 1 a 2% de cobre (en minas subterrneas). En la figura 2.1 se bosquejan
los procesos para la recuperacin de cobre puro a partir de tales menas.
El cobre tambin se presenta en forma de minerales con oxigeno (carbonatos,
xidos, silicatos y sulfatos) pero en menor concentracin. En la figura 2.2 se
muestran los mtodos hidrometalrgicos con que se tratan casi siempre las
menas que contienen dichos minerales.
2.2. PROCESOS DE EXTRACCION
Segn al tipo de mineral que se tenga, la metalurgia del cobre tomara un
rumbo, en el caso de que se trate menas de xidos se le llevara al proceso
Hidrometalurgico, en el cual se realizara la lixiviacin del mismo, para pasar a
S-X, y posteriormente a E-W, para la obtencin de ctodos de cobre de alta
pureza. Si de naturaleza sulfurada, se tratara por procesos pirometalrgicos,dentro del cual se realizara la flotacin del mismo para poder concentrarlo, y as
poder pasar al siguiente proceso ya sea de tostacin o no, fundicin de matas
(en altos hornos, hornos de reverbero, elctricos o de fundicin), y su posterior
conversin en cobre blster (cobre ampollado), de ser necesario pasar el cobre
blster por una etapa de electrorrefinacion y as purificar e uniformizar la
superficie del mismo.
Por la naturaleza de los procesos que se realizan en la empresa minera Xstrata
Tintaya, y tratndose el tema de investigacin la recuperacin de cobre a partir
de los sulfuros secundarios de la planta de xidos, es necesario poder explicar
el proceso hidrometalurgico realizado antes de la obtencin de los ripios, los
cuales sern la base para el estudio, para lo cual se realizara un breve alcance
del proceso de lixiviacin.
2.3. Flotacin de Minerales
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
3/56
Es un proceso fsico-qumico de concentracin de minerales finamente molidos.
El proceso comprende el tratamiento qumico de una pulpa de mineral a fin de
crear la adhesin de ciertas partculas de minerales a las burbujas de aire. Su
objetivo es la separacin de especies minerales finamente divididos a partir de
una pulpa acuosa aprovechando sus propiedades de afinidad o repulsin por
el agua; estas propiedades algunos minerales la poseen en forma natural, pero
pueden acentuarse mediante los reactivos de flotacin.
El carcter hidroflico o de afinidad hace que estas partculas se mojen,
permaneciendo en suspensin en la pulpa para finalmente hundirse; mientras
que el carcter Hidrofbico o de repulsin evita el mojado de las partculas
minerales que puedan adherirse a las burbujas de aire y ascender.
La desventaja de la flotacin por espumas es que una parte del concentrado se
va al relave, y la ventaja es que permite reducir los costos del transporte del
mineral, mediante la eliminacin del relave.
2.3.1. ELEMENTOS DE LA FLOTACION
1. Fase slida.- Representada por los slidos a separar (minerales).
2. Fase lquida.- Representada por el agua (fresca o recuperada).
3. Fase gaseosa.- Representada por el aire que se inyecta en la pulpa para
formacin de burbujas.
2.3.2. CINETICA DE FLOTACION
Es la variacin de la cantidad de producto obtenido en la espuma de flotacin
respecto al tiempo de flotacin.
2.3.3. CELDAS DE FLOTACION
Son equipos en los que se realiza los procesos de flotacin; poseen las
siguientes zonas especficas:
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
4/56
Zona de Mezcla.- Las partculas minerales toman contacto con las
burbujas de aire.
Zona de Separacin.- Las burbujas de aire se condensan y eliminan las
partculas indeseables.
Zona de Espumas.- Las espumas mineralizadas deben tener estabilidad
y deben ser removidas de la celda conteniendo el concentrado.
2.3.4. VARIABLES OPERATIVAS
Relacionados con el mineral.- Forma, pH, grado de oxidacin del
mineral, liberacin (tamao adecuado con mena libre).
Relacionadas al agua.- Impurezas disueltas, dureza, pH.
Relacionadas al acondicionamiento.- Densidad de pulpa, adicin de
reactivos, tamao de las celdas de flotacin, tiempo de
acondicionamiento, temperatura, agitacin, pH.
Relacionadas a la flotacin.- pH de la pulpa, carga circulante, tamao de
partcula, tiempo de flotacin, nivel de espuma, reactivos, temperatura
de pulpa y del agua.
Relacionadas al pH.- La alimentacin de cal debe ser controladacontinuamente para mantener un pH constante .
Relacionadas al nivel de las espumas.- Si el nivel es alto se facilitara la
flotacin de impurezas con los sulfuros valiosos.
Relacionadas a los cajones de alimentacin.- Deben repartir en forma
uniforme la pulpa entre las celdas de flotacin, se debe evitar que
algunas celdas tengan ms carga que otras.
Relacionadas al control de los concentrados y relaves.- Se debe derealizar un seguimiento a la calidad de lo recuperado, con una operacin
simple como el plateado. En el concentrado se vera hasta que punto se
est limpiando la pulpa, y en el relave para poder ver hasta que punto
est escapando lo valioso.
2.3.5. FACTORES QUE INTERVIENEN
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
5/56
a) La pulpa.- El mineral debe estar debidamente molido, cuando las
partculas son gruesas, se asientan en el fondo de las celdas y cuando
son muy finas la recuperacin no es efectiva.
b) Aire.- Forma las burbujas que se necesitan en las celdas, ayuda a
agitar la pulpa. Si se usa mucho aire habr excesiva agitacin
provocando que las espumas revienten o salgan conjuntamente con la
pulpa, si se usa poco aire no se recuperar los elementos valiosos
perdindose en el relave general.
c) Reactivos.- Son sustancias qumicas que sirven para la recuperacin de
los elementos minerales valiosos o deprimiendo a la ganga e
insolubles..
d) Agitacin.- Permite la formacin de las espumas de aire para la
flotacin y sirve para la mezcla uniforme de los reactivos con los
elementos que constituyen el mineral de la pulpa, as como tambin
evita el asentamiento de los slidos contenidos en la pulpa.
2.4. HIDROMETALURGIA
Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviacin selectiva
(disolucin) de los componentes valiosos de las menas y su posterior
recuperacin de la solucin por diferentes mtodos. El nombre de la
hidrometlaurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como
agente de disolucin.
La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviacin y
precipitacin por medio de electrolisis, donde los procesos electroqumicos son
precedidos por los procesos hidrometalurgicos.
Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalurgicos:
1. Disolucin del componente deseado presente en la fase solida.
2. Concentracin y/o purificacin de la solucin obtenida.
3. Precipitacin del metal deseado o sus compuestos.
Los reactivos qumicos empleados (agentes lixiviantes) deben reunir muchas
propiedades para poder usarse, por ejemplo: no deben ser muy caros, deben
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
6/56
ser fcilmente recuperables y deben ser bastante selectivos para disolver
determinados compuestos. Los procesos de lixiviacin, y purificacin de la
solucin corresponden a las mismas operaciones que practican en el anlisis
qumico, solamente que en escala industrial.
2.4. Fundamentos Termodinmicos
2.4.1 Reaccin qumica
En la prctica, se acostumbra escribir una reaccin qumica, bajo la forma:
aA + bB cC + Dd (1)
En la ecuacin:
a,b,c,d : Coeficientes estequiomtricos.
A,B : Reactantes.
C, D: Productos.
El valor de la energa libre estndar de la reaccin (Go) puede determinarse
conociendo los potenciales qumicos estndares o las energas libres de
formacin de los reactantes y productos.
Go= io(productos) - i
o (reactantes)
Donde i son los coeficientes estequiom tricos de la reaccin.
En este caso:
Go = cxo(C)+ dxo (D) - xo (A0) - bxo (B) (2)
En la ecuacin antes escrita:
Go : variacin de energa libre de la reaccin (1) (cal/mol o joule/mol)
a,d,c,d: Coeficentes estequiometricos
o(A), o(B), o(C), o(D) : Energias libres estndar de formacin (o
potenciales qumicos) de los compuestos que participan en la reaccin.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
7/56
Se usa la convencin de LATIMER
o (elementos puros en estado estndar) = 0
o
(H*) = 0 a 298o
K (25o
C)
Utilizando los estados estndares, la variacin de energa libre (G) de esta
reaccin, puede ser expresada como:
(3)En (3):
G0 : Energia libre estndar de la reaccin.
aA,aB,aC,aD : Actividaes de los productos y reactantes.
T : Temperatura (K)
R : Constante de los gases (1.987 cal/molxK)
Al equilibrio, no hay variacin de energa libre: G = 0, por lo tanto:
(5)La ecuacin (4) define K, constante de equilibrio de la reaccin considerada a
la temperatura T:
(6)En (6):
a,b,c,d : Coeficientes estequiomtricos.
aA,aB,aC,aD : Actividades de los productos y reactante. En soluciones diluidas,
las actividades de especies disueltas se aproximan por su concentracin molar
(mol/litro). La actividad de un slido o lquido puro es 1.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
8/56
Por lo general, una reaccin electroqumica (o semi reaccin), es decir en que
particpan adems electrones, se describe en el sentido de la reduccin
(captacin de electrones):
(7)En (7):
Ox : Especie oxidante.
Red : Especie reductora.
n : Numero de electrones que participan en la reaccin.
L a condicin de equilibrio para un sistema electroqumico es:
|||| Ecuacin de Nerts (8)En (8):
E: Potencial de la reaccin electroqumica (V)
R: Constante de los gases (1.987 cal/mol.K)
T: Temperatura (K)
n: Numero de electrones que participan en la reaccin
F: Constante de faraday (23060 cal/volt.equival. o 96500 coulomb)
[Ox]: Actividad de Ox.
[Red]: Actividad Red.
E0: Potencial estndar de la reaccin electroqumica (V)
Nota: La ecuacin de Nernts se escribe bajo la forma:
|||| Reemplazando en (8) los valores numricos de R y F, expresando esa
ecuacin en trminos de logaritmo decimal y a 25 oC, se llega a:
|||| (9)
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
9/56
Eo es el potencial de la reaccin electroqumica, es decir cuando todos los
compuestos que participan en la reaccin estn en su estado estndar (slidos
y lquidos puros, especies disueltas en una concentracin de 1mol/litro).
(10)
En (10):
i: Coeficientes estequiometricos de la reaccin
o: Energas libres de formacin
n: Numero de electrones que participan en la reaccin
F: Constante de Faraday (23060 cal/volt equivalente o 96500 Coulomb)
E0 puede calcularse por la formula (10), pero en general se prefiere obtenerlo
directamente en tablas y escalas de potenciales estndares.
2.5. Diagramas Eh pH
La forma ms conveniente de representar la termodinmica de sistemas
acuosos en forma grafica en los diagramas de Pourbaix o diagramas de
potencial pH. Estos diagramas son ampliamente utilizados por los
hidrometalurgistas, por cuanto permiten visualizar posibilidades de reacciones
sin tener que recurrir al clculo termodinmico para los fenmenos que ocurren
en medio acuoso.
Una importante restriccin en la aplicacin prctica de los diagramas
termodinmicos, es que prediquen tendencias a que ocurran fenmenos, pero
no la velocidad con que estos puedan ocurrir. En la prctica las velocidades de
reaccin pueden variar desde valores tan altos que son controlados por
limitaciones en la transferencia de masa, a valores tan bajos que se requieren
peridicos geolgicos para observar en forma directa el fenmeno. La cinetica
extremadamente lenta en algunas reacciones conduce a que algunas fases
solidas no se formen en condiciones termodinmicas favorables y lo haganotras en su lugar (fases metaestables)(ejemplo: precipitacin de hidrxido de
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
10/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
11/56
3. Lixiviacin
3.1. Cintica de Reacciones
El hecho de que una reaccin sea termodinmica posible (G
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
12/56
Reaccin Heterognea: Una reaccin es heterognea si tiene lugar en dos o
ms fases.
3.1.2. Velocidad de una reaccin
En general, las reacciones qumicas se pueden escribir:
- A + B C + D
- A B
- A B C
- La velocidad de una reaccin (v) es el nmero de moles transformados por
unidad de tiempo del componente i involucrado en la reaccin qumica:
La velocidad se puede definir de varias formas:
a). Basada en al unidad de volumen de fluido reaccionante
() b). Basada en la unidad de volumen del reactor
(
)
c). Basada en la unidad de superficie interfacial en un sistema de dos fluidos en
la unidad de superficie del slido en los sistemas liquido solido (reaccin
heterognea)
()
d). Basada en la unidad de masa del solido en los sistemas fluido solido
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
13/56
( ) 3.1.3. Etapas de una reaccin
En general, los sistemas hidrometalrgicos estn caracterizados por sistemas
heterogneos, es decir, sus reacciones tienen lugar en una interface en la cual
ocurre transferencia de materia de una fase a la otra.
Figura 3.1 Esquema de una reaccin de l ix iv iacin co n diso lucin completa de
mineral
Las reacciones heterogneas son controladas por la velocidad de la reaccin
qumica propiamente tal o por la transferencia de masa de los diversos
reactantes hacia la superficie de contacto de las dos fases. En la figura antes
presentada se muestra un modelo simplificado de lixiviacin, con disolucin
completa del mineral. Este caso representa la disolucin de especies puras que
no forman residuos slidos como producto de la reaccin, tales como el oro en
cianuro, la calcantita en acido sulfrico.
Las etapas principales de la reaccin son:
1). Transporte de masa de los reactantes a travs de la interface gas liquido y
posterior disolucin (cuando es el caso).
2). Transporte de masa de los reactantes a travs de la capa limite solucin
solido, hacia la superficie del slido.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
14/56
3). Reaccin qumica o electroqumica en la superficie del slido, incluyendo
adsorcin y desorcion en la superficie del solido y/o a travs de la doble capa
electroqumica.
4). Transporte de masa de las especies producidos a travs de la capa limite
hacia el seno de la solucin.
La etapa controlante de una reaccin es la velocidad mas lenta (R.S.D.: Rate
Dtemining Step). El control de la reaccin global puede ser:
- Por transporte de masa (etapa 1,2 o 4)
- Por reaccin qumica (etapa 3)
- Mixto.
Las reacciones homogneas son generalmente ms rpidas que las reacciones
heterogneas, ya que necesitan transporte de masa en una sola fase y que las
especies en solucin reaccionan rpidamente. Por otra parte, las reacciones
heterogneas implican el transporte de masa a travs del lmite entre dos
fases, lo que a veces es la etapa controlante de las reacciones. Las reacciones
ms importantes en hidrometalurgia son heterogneas, y a veces son
controladas por el transporte de masa (difusin).
En la siguiente figura se muestra un modelo simplificado de lixiviacin, con
formacin de capa de residuo poroso. Este caso es tal vez el ms frecuente en
lixiviacin. La reaccin de disolucin de las especies sulfuradas de cobre con
iones frricos, corresponde a este caso. La lixiviacin de minerales de baja ley,
en las que el estril o ganga constituye la fraccin mayoritaria, pueden
considerarse tambin en ese grupo. La capa que se forma representa el estril
del mineral, mientras la disolucin se propaga hacia el interior de la partcula.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
15/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
16/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
17/56
Figu ra 3.3. Determinacin experim ental de la energa de acti vacin d e una
reaccin.
- Control qumico Ea > 40 KJ/mol
- Control difusional Ea = 5 a 20 KJ/mol
Prcticamente, eso implica que la velocidad de una reaccin controlada
qumicamente se multiplica por 2 cuando la temperatura aumenta a 10oC.
Se puede determinar cul es la etapa limitante de una reaccin estudiando el
efecto de las variaciones de las condiciones experimentales en las cualesdesarrolla la reaccin, como lo muestra la siguiente tabla.
3.1.5 Difusin
La difusin en fase homognea es la etapa limitante ms comn en una
reaccin hidrometalrgica. Bsicamente, la difusin es un proceso que tiende a
igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la
difusin es el gradiente de concentracin dentro de la fase, tal como por
ejemplo, el potencial que provoca la transparencia de calor es el gradiente de
temperatura.
Tabla 3.1.1 Pruebas experimentales para determinar la etapa limitante de
una reaccin solido liquido
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
18/56
Factor Resultado esperado para
Control Qumico(etapa 3)
Controldifusional enlos poros(etapa 5)
Control portransporte demasa externo(etapa 2)
Aumento de lavelocidad de la faseliquida.
Energa deactivacin (Ea)
Cambio de tamaode las partculas (D)
Sin efecto
40 400 KJ/molSi las partculasno son porosas alprincipio, v #1/D.Si las partculasson muy porosas,no influye
Sin efecto
5 20 KJ/mol
v # 1/D2
Aumenta lavelocidad dereaccin5 20 KJ/mol
v # 1/Dn donde1)
60 Reaccin qumica.
Adsorcin de orocarbn activado
11 16 Difusin en los poros ytransporte de masa delAu(CN)2
-.
Precipitacin con Zinc 13 16 Transporte de masa delAu(CN)2
-.
Oxidacin de los sulfuros
con O2
30 70 Reaccin qumica (baja To)
transporte de masa del O2(To elevada)
Cuando empieza una reaccin (por ejemplo consumo de una reactante en la
superficie de un slido), un perfil de concentracin se desarrolla poco a poco
cerca de la interfase solido liquido. (ver figura 3.1.4)
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
19/56
En reacciones de disolucin o precipitacin de un slido, la difusin a travs de
una zona adyacente a la interface slido lquido puede ser controlante de la
velocidad. En condiciones de agitacin constante, el espesor de esta zona
permanece constante y pronto se obtiene una condicin de estado estacionario
en la cual la cantidad de material que entra en la zona es igual a la que deja la
zona.
y 3.1.5.1. Primera ley de FICK
La primera ley de FICK relaciona la cantidad de material que difunde por
unidad de tiempo en una direccin perpendicular a un plano de referencia de
area unitaria con el gradiente de concentracin de este:
(5)J: Flujo de material a travs de un plano de referencia [moles cm-2s-1].
C: Concentracin de la especie disuelta [moles cm-3].
x: Coordenada de posicin (medida perpendicularmente al plano de
referencia).
D: Coeficiente de difusin de la especie considerada en solucin acuosa.
En el sistema CGS, D tiene las dimensiones [cm2/s]. En la mayora de
los sistemas hidrometalurgicos se introduce poco error al considerar el
coeficiente de difusin constante e independiente de la concentracin.
(valor aproximado. = 10-6 cm2/s).
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
20/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
21/56
es generalmente vlido cuando las concentraciones de especies reactivas y
productos son bajas.
Figura 3.5. Gradiente de con centracin en la vecindad d e una fase sl ido
lquido
El transporte de masa a travs de la capa de difusin puede ser aumentado:
1. Reduciendo el espesor de la capa de difusin.
2. Aumentando el gradiente de concentracin, esto es aumentando la
concentracin de la solucin (C0).
3. Aumentando la temperatura de la solucin.
4. Aumentando la superficie de contacto.
El espesor de la capa de difusin depende de la rugosidad del slido, de la
viscosidad de la solucin, de la velocidad de agitacin y del grado de
turbulencia y fuerzas de cizalla. x disminuye cuando aumenta el grado de
turbulencia.
Pobre agitacinx> 0.5 mm (ej. Lixiviacin en pilas)
Buena agitacinx= +/- 0.01 mm.
Un aumento de la temperatura no necesariamente aumenta la velocidad de un
proceso global ya que, por ejemplo, la solubilidad de los gases disminuye con
la temperatura.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
22/56
3.1.5.4. Difusin a travs de un producto poroso
La difusin a travs de la capa del slido que se va formando como producto
de la reaccin sobre el ncleo reaccionante y/o a travs de la capa de
partculas inertes es un facto importante en prcticamente todos los procesos
heterogneos. Cuando los poros son grandes, que es el caso que interesa en
sistemas hidrometalurgicos, es vlida la ley de Fick expresada en este caso
como:
(9)Donde C es la concentracin en la solucin y Df es el COEFICIENTE DEDIFUSION EFECTIVO, dado por:
(10)D: coeficiente de difusin de la especie considerada en solucin acuosa.
E: Porosidad de difusin de la capa producto (varia de 0 a 1).
: Tortuosidad de la capa de producto (en general, flucta entre 2 y 10)
3.1.6. Transporte de masa en el seno de la solucin
Si el sistema es bien agitado (agitador, conveccin,..), el transporte de masa
es muy eficiente y no limita la velocidad de la reaccin. La solucin se
considera homognea (C, pH,.).
Sin embargo, algunos procesos como la lixiviacin en pila, no pueden siempre
ser operados para mantener una solucin homognea.
3.1.7. Absorcin de gases en lquidos
La termodinmica determina la concentracin de un gas disuelto en solucin
despus de un tiempo de contacto gas lquido suficiente para alcanzar el
equilibrio. Por ejemplo, si PO2 = 0.21 atm, [O2]disuelto = 8 mg/l (25oC).
||
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
23/56
La adsorcin de los gases en lquidos puede ser la etapa limitante si hay un
gran consumo de oxigeno y cuando la cintica de reaccin solido solucin es
rpida (ej. : Oxidacin de los sulfuros a presin o biolgicamente).
La velocidad de adsorcin de gases en un liquido depende de:
1. Superficie de contacto gas liquido efecto positivo
(mayor cuando hay muchas burbujas pequeas)
2. Velocidad relativa de las burbujas efecto positivo
3. Presin parcial del gas efecto positivo
4. Grado de agitacin efecto positivo
5. Temperatura efecto negativo
3.1.8. Influencia de las caractersticas de las partculas
3.1.8.1 Tamao de las partculas
La superficie de reaccin aumenta cuando disminuye el tamao de las
partculas.
3.1.8.2 forma y textura de las partculas
El efecto de la forma de las partculas es poco importante en hidrometalurgia, y
muy difcil de modelizar.
3.1.8.3 Factores mineralgicos.
La reactividad de los granos de minerales es fuertemente afectada por factores
tales como orientacin cristalina, inclusiones, dislocaciones e impurezas.
3.1.8.4 Porosidad
La velocidad de cualquier reaccin aumenta con la porosidad, ya que la
difusin es ms fcil y/o hay una mayor superficie de reaccin.
3.1.8.5 Efectos galvnicos
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
24/56
Cuando dos minerales conductores estn en contacto elctrico en una
solucin, el potencial mas electronegativo se va a disolver preferentemente.
Figu ra 3.6. Efecto galvnic o en la diso luc in de arsenop irita en con tacto c onpir i ta.
3.1.8.6. Efecto de als especies que compiten con la especie valiosa
Si estn presentes en la mena otros minerales, pueden consumir los reactivos
de lixiviacin, disminuyendo sus concentraciones y la velocidad de reaccin.
Por ejemplo, los carbonatos consumen el acido sulfrico en la lixiviacin de
cobre y los sulfuros consumen el cianuro en la disolucin de oro.
3.2 Lixiviacin
3.2.1. Sistema de lixiviacin
En general, la prctica industrial de la lixiviacin presenta diferentes sistemas
de operacin que se seleccionan de acuerdo a factores tcnicos y econmicos
en el anlisis de un proyecto, algunos de los cuales son:
- Ley de la especie de inters a recuperar.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
25/56
- Reservas de mineral.
- Caracterizacin mineralgica y geolgica.
- Comportamiento metalrgico.
- Capacidad de procesamiento.
- Costos de operacin y de capital.
- Rentabilidad econmica.
Una forma de clasificar los mtodos de lixiviacin es:
Lixiviacin de lechos fijos:
- In situ, in place.
- En botaderos.
- En pilas.
- En bateas.
Lixiviacin de pulpas:
- Por agitacin, a presin
ambiente.
- En autoclaves.
3.2.2. Lixiviacin in situ in place
La lixiviacin IN PLACE se refiere a la lixiviacin de residuos fragmentados
dejados en minas abandonadas, mientras que la lixiviacin IN SITU se refiere a
la aplicacin de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado.
Estas operaciones presentan gran inters debido al bajo costo de inversin y
operacin que se requieren, y que posibilitan recuperar valores metlicos que
de otra manera no podran ser extrados. Los bajos costos son consecuencia
de evitar o al menos disminuir los costos de extraccin minera, el transporte del
mineral a la planta y de los desechos finales del proceso, y la baja construccin
de una planta de lixiviacin. Generalmente, la recuperacin es baja (< 50 %)
Dependiendo de la zona a lixiviar, que puede ser subterrnea o superficial, se
distinguen tres tipos de lixiviacin in situ.
Tipo I: Se trata de la lixiviacin de cuerpos mineralizados fracturados situados
cerca de la superficie, sobre el nivel de las aguas subterrneas. Puede
aplicarse a minas en desuso, en que se haya utilizado el block caving,
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
26/56
o que se hayan fracturado hidrulicamente o con explosivos (IN PLACE
LEACHING).
Tipo II: Son lixiviaciones IN SITU aplicadas a yacimientos situaos a cierta
profundidad bajo el nivel de aguas subterrneas, pero a menos de 300
500 m de profundidad. Estos depsitos se fracturan en el lugar y las
soluciones se inyectan y se extraen por bombeo.
Tipo III: Se aplica a depsitos profundos, situados a mas de 500 m bajo el nivel
de aguas subterrneas.
3.2.3. Lixiviacin en botaderos (Dump leaching)
Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que
debido a su baja ley (< 0.4 % Cu)no pueden ser tratados por mtodos
convencionales. Este material generalmente del tamao run of mine es
depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a
travs del lecho por gravedad. Normalmente, son de grandes dimensiones, se
requiere de poca inversin y es econmico de operar, pero la recuperacin es
baja (40 60 % Cu) y necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal.
Las soluciones se alimentan generalmente por aspersin.
Entre las diferentes razones para optar esta operacin se puede mencionar:
- Gran tamao de algunas rocas (> 1 m).
- Baja penetracin de aire al interior del botadero.
- Compactacin de la superficie por ejemplo de maquinaria pesada.
- Baja permeanilidad del lecho y formacin de precipitados (yeso,)
- Escesiva canalizacin de la solucin favorecida por la heterogeneidad
de tamaos del material en el botadero.
Tabla 3.3. Resumen de diferentes tcnicas de lixiviacin de minerales
Rangos deAplicacin yresultados
Mtodos de LixiviacinEn
botaderosEn pilas Percolaci
nAgitacin
Ley demineral
Baja ley Baja media Media alta Alta ley
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
27/56
Tonelaje
Inversin
Granulometra
Recuperaciones tpicas
Tiempo detratamiento
Calidad desoluciones
Problemasprincipales ensu aplicacin
Grande
Mnima
Corrido de
mina
40 a 50 %
Varios aos
Diluidas (1 2 gpl Cu)
Recuperacin incompletaReprecipitacion de Fe yCuCanalizacionesEvaporacinPedidas desolucionesSolucionesmuy diluidas
Gran a mediano
Media
Chancado
grueso
50 a 70 %
Varias semanas
Diluidas (1 6gpl Cu)
Recuperacinincompleta.Requiere degrandes reas.Canalizaciones.Reprecipitaciones.Evaporacin.
Ampliorango
Media alta
Chancadomedio70 a 80 %
Varios das.
Concentradas (20 40gpl Cu)
Bloqueo porfinos.Requiere demsinversin.Manejo demateriales.Necesidadde mayorcontrol deplanta.
Amplio rango
Alta
Molienda
hmeda.80 a 90 %
Horas.
Medianas (5 15 gpl Cu).
Molienda.Lavado encontracorriente.Tranque derelaves.Inversinmuy alta.Control de laplanta esmssofisticado
3.2.4. Lixiviacin en batea (por percolacin)
Esta tcnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solucin
acuosa que percola e inunda la batea o estanque.
Los minerales a tratar por este mtodo deben presentar contenidos metlicos
altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un periodo
razonable (3 a 14 das) y en trozos de tamao medio con tonelajes suficientes
de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor
inversin inicial que requiere este tipo de proceso.
3.2.5. Lixiviacin en pilas (heap leaching)
En el esquema general del proceso primero el mineral procedente de laexplotacin, a cielo abierto o subterrnea, debe ser ligeramente preparado en
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
28/56
una planta de chancado y/o aglomeracin, para conseguir una granulometra
controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad.
Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de seccin trapezoidal y
altura calculada para proceder a su riego con la solucin lixiviante. Tras
percolar a travs de toda la pila, se recolectan los lquidos enriquecidos
(solucin rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperacin de la
sustancia mineral (sal o metal). Las aguas sobrantes del proceso vuelven a ser
acondicionadas para ser recicladas hacia las pilas. Tambin en algunos casos
es preciso aadir agua nueva, para reponer las fuertes prdidas de
evaporacin del circuito.
Se denomina cancha de lixiviacin a la superficie de apoyo de la pila donde se
coloca la impermeabilizacin. Cuando la cancha es recuperada para reutilizarla
con un nuevo mineral se trata de lixiviacin en PILAS DINAMICAS, mientras
que si el terreno no es recuperado y, por lo tanto, el mineral agotado queda en
el depsito como nueva base para otra pila, se est en la lixiviacin en PILAS
ESTATICAS o PERMANENTES.
La solucin rica (S.R. o P.L.S. : pregnant leach solution) es generalmente
impura, y diluida y debera ser purificada y concentrada antes de recuperar el
metal. En la hidrometalurgia del cobre, eso se realiza mediante la extraccin
por solvente seguida por la electrodepositacin del cobre. La solucin rica slo
contiene 4 6 g/l Cu y 1 - 2 g/l H2SO4 y es impura ( 5 g/l Fe, SiO2, Al2O3
coloides, slidos en suspensin, ...)
3.5.1. Construccin de las pilas
El diseo de las pilas debe tener en cuenta los siguientes factores:
La calidad del patio o base de apoyo (impermeable)
Las facilidades de riego y recoleccin o drenaje del efluente.
La estabilidad de la pila seca y saturada en agua
Los tanques (piscinas) de soluciones ricas y pobres
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
29/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
30/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
31/56
Figur a 3.7 Tcn icas de api lam ient o d el mi neral.
3.3.3. Operacin de las pilas
Al inicio de la operacin, se deben disponer como mnimo de dos pilas,
comenzndose con el riego de la primera de ellas. En un principio se obtendr
una alta concentracin (Cmx) en la solucin, que ir descendiendo hasta un
valor por debajo de la concentracin media (Cmd) de diseo. En este momento
se pone simultneamente en operacin la segunda pila, con dos sistemas
posibles:
a) Lixiviacin de las dos pilas con obtencin de una nica solucin rica
final.
b) Lixiviacin de la primera pila con produccin de solucin intermedia
(pobre), que se recicla a la segunda pila nueva en donde se obtiene la
solucin rica (Fig. 3.9). Este segundo sistema se generalizo, ya que
permite alargar el tiempo de lixiviacin de las pilas y/o disminuir el
caudal de solucin rica y entonces el tamao de la planta de SX.
Cuando la primera pila alcanza el valor mnimo econmico, se procede al
lavado con agua fresca y drenaje hasta el agotamiento, yendo esta solucin al
depsito o piscina de solucin estril para recirculacin al sistema. Al mismo
tiempo se pone en operacin una nueva pila.
Segn las disponibilidades de rea, la pila agotada se puede cargar y
transportar a un vertedero cercano (PILA DINAMICA o REMOVIBLE) o puede
servir de base para la formacin de una nueva pila (PILA PERMANENTE).
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
32/56
La tendencia se desplaza al uso de pilas permanentes, para evitar los costos
asociados a los movimientos de materiales residuales y aminorar las prdidas
de solucin por filtracin a travs de la lmina de plstico.
Si el tiempo de lixiviacin no es suficiente, la recuperacin baja. Es un
problema, porque no es posible aumentar el tiempo sin aumentar el rea de la
cancha de lixiviacin.
Figura 3.8 Esquema d e un sis tema de l ix iv iacin en pi las.
Figur a 3.9 Reciclaje de la soluc in lixiviante en cont ra corriente.
3.4. Lixiviacin por agitacin
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
33/56
La lixiviacin por agitacin se utiliza en los minerales de leyes ms altas,
cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de
chancado, o cuando el mineral deseado est tan bien diseminado que es
necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solucin lixiviante.
Es tambin el tipo de tcnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostacin y
concentrados.
Se recurre a la agitacin mediante burbujeo o bien a la agitacin mecnica para
mantener la pulpa en suspensin hasta que se logra la disolucin completa,
siendo el tiempo de contacto de los slidos con la solucin del orden de horas
comparado con el proceso de lixiviacin en pilas que requiere meses. Los
agitadores mecnicos son simplemente impulsores colocados en el interior del
tanque (Fig. 3.10a), mientras que los tanques agitados con aire son a menudo
tanques de tipo "Pachuca" (Fig. 3.10b).
Sus ventajas comparativas con otros mtodos de lixiviacin son:
- Alta extraccin del elemento a recuperar
- Tiempos cortos de procesamiento (horas)
-Proceso continuo que permite una gran automatizacin
- Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos
Sus desventajas son:
- Un mayor costo de inversin y operacin.
- Necesita una etapa de molienda y una etapa de separacin slido
lquido (espesamiento y filtracin).
3.4.2. Variables del proceso
El anlisis de las variables de la lixiviacin por agitacin en sistemas
industriales, para la definicin y optimizacin del proceso, debe necesariamente
hacer confluir aspectos tcnicos, operacionales y econmicos.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
34/56
Figura 3.10 Equipo s d e l ix iv iacin p or agitacin
3.4.2.1. Granulometra
El grado de molienda debe ser lo suficiente para exponer, por lo menos
parcialmente, la superficie del mineral valioso a la accin de la solucin
lixiviante. Dependiendo del tipo de mineral y de sus caractersticas
mineralgicas. Deber considerarse un tamao tal que no contenga un exceso
de gruesos (> 2 mm) que produzca problemas en la agitacin (embancamiento,
aumento de la potencia del agitador) y que por otra parte, no contenga un
exceso de finos (menos de 40% < 75 micrones), que dificulten la separacin
slido-lquido posterior de la lixiviada. Debido a lo anterior, y adems, para
disminuir los consumos de energa por concepto de molienda y los costos de
filtracin y decantacin, la agitacin se deber tratar de realizarla al mayor
tamao que la operacin lo permita.
Tabla 3.5, Tamao de alg un os mi nerales p ara la lixiv iacin p or agitacin
Mineral Tamao de lixiviacin(mm) (mallas ASTM)
Cobre oxidadoOroConc. de oro (sulfuros)Calcinados de zinc
0.830.250.0440.074
2060325200
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
35/56
3.4.2.2. Tiempo de lixiviacin
La economa del proceso de lixiviacin es funcin del grado de disolucin o
porcentaje de extraccin del mineral valioso. Sin embargo, esto no es tan
importante como el tiempo necesario para una extraccin aceptable, es decir la
velocidad de disolucin.
Figura 3.11 Porcentaje de extraccin en func in d el t iempo.
La figura 3.11 muestra una curva tpica entre estos dos parmetros. Existe al
principio una extraccin rpida, que decrece posteriormente al mximo
obtenible para un tamao dado de partcula. Esta curva se puede obtener de
pruebas de lixiviacin en botellas en el laboratorio.
3.4.2.3. Mineraloga del mineral
El tamao y la disposicin de la especie valiosa influye el grado de molienda
necesario para exponer esta especie a la solucin lixiviante (Tabla 3.5). La
arcillas son una familia de minerales, alumino-silicatos, existen en todos las
menas y producen partculas muy finas (algunos micrones). La presencia de
muchas arcillas puede impedir una buena filtracin del relave.
3.4.2.4. Otras variables
La lixiviacin se realiza a temperatura ambiente (o en autoclaves).
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
36/56
La concentracin de reactivos debe ser optimizada segn el tipo de operacin.
El porcentaje de slidos debe ser en la mayora de los casos lo ms alto
posible para alcanzar una alta concentracin del ion metlico en la solucin de
lixiviacin, minimizar los costos de inversin en el circuito de lixiviacin por
menor capacidad volumtrica y reducir el tamao y costo subsecuente de
espesamiento y filtracin. El porcentaje de slidos en la pulpa varia entre 20 y
50%.
El porcentaje de slidos se calcula por el peso del mineral en la pulpa. Por
ejemplo, si una pulpa es constituida por 1 kg de mineral en 2 litros de agua, su
La velocidad de agitacin debe ser lo suficiente alta para mantener los slidos
en suspencin, para que no decanten. Una velocidad de agitacin alta tiende a
favorecer la cintica de la reaccin, pero tiene un costo energtico apreciable
(Fig.3.12). Favorece tambin la disolucin de gases en la solucin. Existen
varios diseos de agitadores (Fig. 3.13).
Figur a 3.12 Efecto d e la agitacin en la veloc idad d e lixiviacin
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
37/56
Figu ra 3.13 Varios dis eos de tu rb inas .
3.4.3. Diseo
Se considera como ejemplo un sistema de lixiviacin contnua industrial
constituido de varios estanques en serie (Fig. 3.14).
Datos
- Nmero de estanques : 8
- Capacidad : 15000 t/d = 625 t/h
- % slidos : 33.33%
- grado de molienda : 100% < 60 mallas ASTM
- densidad real del mineral : 2.8 g/cm3 = 2.8 t/m3
-Tiempo de lixiviacin : 24h
(determinado por la curva grado de lixiviacin/tiempo)
Figura 3.14 Esquema de un sistema continu o indus tr ial
Clculo de la cantidad de agua en la pulpa:
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
38/56
Clculo del flujo de pulpa (slidos + agua):
Clculo del volumn de cada uno de los 8 estanques (Fig. 3.24):
Volumen de un estanque cilndrico:
Entonces, si consideramos 8 estanques cilndricos tales que h = 1.5d,
3.5. Separacin slido-lquido
En una planta de lixiviacin en pilas, la solucin que escurre de las pilas es
bastante clara y contiene muy pocos slidos en suspensin. En la mayora de
los casos, no hay etapa especfica de separacin slido - lquido. La solucin
rica se almacena en piscinas donde pueden decantar los pocos slidos que
contiene.
Al contrario, la lixiviacin por agitacin produce una pulpa consistente en
pequeas partculas slidas en suspensin en la solucin. Una etapa de
separacin slido - lquido es absolutamente necesaria para sacar los slidos
de la solucin y enviarlos al tranque de relaves, mientras la solucin clarificadapuede pasar una posterior etapa de recuperacin de valores.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
39/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
40/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
41/56
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
42/56
pero ms comn en DCC (Fig. 3.16), asumiendo que no hay disolucin en los
espesadores y que la mezcla de la pulpa y solucin de lavado es completa en
cada etapa.
Cn : concentracin metal en la etapa n
CL : concentracin metal en la alimentacin al primer espesador
CW : concentracin metal en el agua o solucin de lavado
RL : razn de lavado = QW / QL
n : nmero de etapas de lavado
QW : flujo de la solucin de lavado
QL : flujo de la solucin de lixiviacin (alimentacin)
3.5.4. Filtros
El empleo de filtros en hidrometalurgia permite recuperar una cantidad
adicional de lquido retenido a partir de precipitados o de pulpas de 55-60% en
slidos procedentes de espesamiento como tambin tratar directamente
soluciones de lixiviacin, a objeto de disminuir la cantidad de slidos en
suspensin que pueden afectar procesos posteriores de tratamiento.
Filtros de vaco:
- de tambor (Fig. 3.28)
- de discos (o cermica)
-
horizontal, de cinta
Filtros de presin:
- prensa
- stellar
- de arena
El lavado del slido es posible en los filtros de tipo vaco, como lo muestra la
figura 3.28. Se roca agua sobre el slido filtrado para desplazar a la solucin
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
43/56
que contiene. Se alcanza fcilmente una eficiencia de lavado del orden de
70%.
Figura 3.22, Lavado d e un m ineral en un f i l t ro de tamb or.
4Purificacin y concentracinde la solucin
En un proceso de purificacin o de concentracin, siempre hay dos fases en
contacto (lquido - slido o lquido - lquido). Se trata de un proceso de:
Purificacin si la impureza va a la otra fase
Concentracin si el elemento deseado va a la otra fase
Los procesos de purificacin y/o concentracin son muy variados y dependen
de:
- la naturaleza del elemento deseado
- las impurezas presentes en la solucin
- el tipo de proceso de recuperacin
- el grado de pureza deseado para el producto final
Los procesos de purificacin y/o concentracin se pueden dividir en varias
categoras:
Hidrlisis
Cementacin
Precipitacin de un compuesto especfico
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
44/56
Extraccin por solventes
Resinas de intercambio inico
Para evaluar un proceso de separacin, los criterios son la selectividad de la
separacin, la recuperacin (o grado de remocin) y el consumo de reactivos (o
de energa). Obviamente, esos tres parmetros estn interrelacionados y se
necesita hacer la evaluacin econmica del proceso que se desea utilizar.
Figura 4.1, Esquema general del tratamiento h idrom etalrgico de un mineral .
En este captulo, se mostrarn como ejemplos las etapas de purificacin de
una solucin de zinc en cido sulfrico antes de su electroobtencin. El
proceso se muestra en la figura 4.2.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
45/56
Figura 4.2, Esquema de p uri f icacin de una so lucin para electroobtencin de
zinc.
Tabla 4.2, Imp urezas en la solu cin de l ix iv iacin d el zinc.
Elementos Antes de purificacin(mg/l)
Despus depurificacin (mg/l)
FeCu
CdCoNiSb, AsGe
Mucho1000
100030 5030 500.1< 0.1
-< 0.1
0.1 0.20.1 0.2Trazas< 0.01< 0.01
4.2. Extraccin por solventes
Uno de los mtodos de purificacin que ha tenido un espectacular desarrollo en
este ltimo tiempo, ha sido el proceso de extraccin por solventes o procesoSX.
Ello se ha traducido en la instalacin de numerosas plantas que operan
actualmente en el mundo en la separacin, purificacin y concentracin de ms
de una treintena de elementos qumicos, como cobre, niquel, cobalto, zinc,
uranio, molibdeno, tungsteno, vanadio, tierras raras, zirconio, hafnio, niobio,
tantalio, boro, germanio, arsnico, renio, torio, el grupo de los metales del
platino, berilio y otros.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
46/56
4.2.1. Proceso SX - EW de Cobre
El proceso de extraccin por solventes, conocido en la hidrometalurgia del
cobre tambin como SX (del ingls Solvent Extracction), consiste en la
extraccin selectiva del cobre contenido en las soluciones de lixiviacin
mediante un solvente orgnico, para luego transferirlo a una solucin de sulfato
de cobre pura y concentrada, denominada electrolito rico.
4.2.1.1. Descripcin general
La planta SX recibe la solucin rica generada en la etapa de lixiviacin en pilas
de minerales de cobre. Esta solucin se caracteriza por tener una baja
concentracin de cobre disuelto, junto con impurezas como el Fe, Cl, Al, Mn,
Mg, Na y otros disueltos durante el proceso (Figura 4.4).
Figura 4.4, Planta extraccin por solventes en una o peracin d e l ix iv iacin d e
cob re (planta de extraccin po r solventes Faena Radom iro Tom ic.)
El objetivo del proceso SX es extraer selectivamente el cobre contenido en esta
solucin rica impura, mediante intercambio ionico entre la fase acuosa
(solucin rica) y el reactivo orgnico. Este reactivo es capaz de descargar el
cobre en una etapa posterior del proceso a una solucin de alta pureza y
concentracin de cobre y cido, formando un electrolito apto para ser
electrodepositado en el sector EW (Figura 4.5).
Extraccin (Extraction)
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
47/56
La solucin rica proveniente de las pilas es mezclada con la fase orgnica
(orgnico descargado), para extraer SELECTIVAMENTE el cobre obteniendo
una solucin pobre en cobre, llamada refino, que es reciclada a la etapa de
lixiviacin en pilas. Se obtiene en esta etapa una fase orgnica cargada, que es
avanzada a la siguiente etapa.
Reextraccin (Stripping)
El orgnico cargado se pone en contacto con electrolito pobre proveniente del
proceso de electroobtencin, de alta acidez (150-200 gpl H2SO4). El cobre
pasa de la fase orgnica a la fase acuosa, obtenindose una fase orgnica
descargada que se recicla a la etapa de extraccin y un electrolito rico queavanza hacia la electroobtencin.
Figu ra 4.5, Esqu ema cclico (Concept o de anil los) del p roc eso li xiviac in -
extraccin po r solv entes - electroobtencin de Cu.
4.2.2.2. Mecanismo de la transferencia de cobre
El proceso SX se basa en la siguiente reaccin REVERSIBLE de intercambio
inico:
Cu2+
(A) + 2 RH(O) R2Cu(O) + 2 H+
(A)
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
48/56
En la cual el sentido de reaccin est controlado por la acidez o pH de la
solucin acuosa.
En la etapa de extraccin, el reactivo orgnico se contacta con la solucin
acuosa impura de lixiviacin y extrae selectivamente desde la fase acuosa los
iones de cobre, incorporandolos en la fase orgnica. El ion cprico reacciona
con el extractante formando un compuesto organometlico insoluble en agua,
totalmente soluble en el solvente orgnico (Kerosene,...), con la cual se
produce la extraccin del cobre desde la fase acuosa a la orgnica. Mediante
este mecanismo, cada ion de cobre se intercambio con dos iones de hidrogeno
que pasan a la fase acuosa donde se regenera cido sulfrico en una
proporcin de 1.54 (kg de cido / kg de cobre).
Figura 4.6, Esquema de u n m ezclador sedimentador para operaciones de
extracc in y reextraccin.
La etapa de reextraccin ocurre por efecto del cambio de acidez en la fase
acuosa, revertiendo la reaccin y generando un electrolito de alta pureza y alta
concentracin en cobre.
R2Cu(O) + 2 H+
(A) Cu2+
(A) + 2 RH(O)
4.2.2.3. Configuracin de plantas SX
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
49/56
Las plantas de extraccin por solventes, tanto en la extraccin como en la
reextraccin, estn configuradas en UNA, DOS O TRES ETAPAS DE
CONTACTO de las fases acuosa y orgnica, con el objeto de aumentar el
tiempo de contacto entre ambas fases y mejorar la transferencia de cobre. El
contacto de las fases orgnica y acuosa se realiza EN CONTRACORRIENTE.
Adems, en algunos casos, se debe incorporar una etapa de lavado del
orgnico cargado, con el objeto de eliminar impurezas dainas en la
electroobtencin, por ejemplo el cloro.
Se presenta en la figura 4.7 una configuracin tpica de una planta de
extraccin por solventes, compuesta por 2 etapas de extraccin y 1 etapa dereextraccin (2 E-1S). La figura 4.8 representa una planta 3 E-2 S.
Figu ra 4.7, Config uracin 2 E - 1 S (o 2 E - 1 R E).
Tabla 4.3, Soluc iones, con centraciones y acidez.
Nombre Definicin [Cu]tpica(g/l)
[cido](g/l)
Solucin Rica(SR)
Solucin proveniente de la etapade lixiviacin, que alimenta a laplanta SX.
6 5pH=1.8
Refino (RF) Solucin diluida en cobre que salede la planta SX
0.5 12
Orgnico Mezcla en volumen de unextractante orgnico y un diluyente( 8 a 25 % v/v).
Extractante Es un reactivo orgnico especialque forma un complejo con el cobreen la fase orgnica. Es bastante
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
50/56
viscoso.
Diluyente Es un solvente orgnico, de tipoparafina, que sirve para diluir elextractante organico y reducir suviscosidad
Orgnicodescargado (OD)
Es el orgnico con una menorconcentracin de cobre, que salede la etapa de reextraccin
4
Orgnicocargado (OC)
Es el orgnico cargado con cobre.Transfiere el cobre de la etapa deextraccin a la etapa dereextraccin.
10
Electrolito Es la solucin de sulfato de cobrede la planta de ElectroObtencin.
Electrolito
Descargado (ED)
Es el electrolito que viene de la
etapa de electroobtencin.
35 180
ElectrolitoCargado (EC)
Es el electrolito que se cargo decobre en la etapa de reextraccin.
50 160
(OSC) Orgnico semi-cargado 6(SRF) Semi-refino 2
4.3.5. Reactivos utilizados en SX de cobre
4.3.5.1. Qumica de los extractantes
Los extractantes se disuelven en un solvente orgnico tipo parafina,
generalmente en una proporcin de 8 a 25 % v/v (% en volumen). Los
extractantes industriales forman complejos de Cu solubles en la fase orgnica.
Actuan segn un mecanismo de chelacin: toman el ion de cobre entre sus "
pinzas " (Fig. 4.16).
Cu2+
(A) + 2 RH(O) R2Cu(O) + 2 H+
(A)
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
51/56
Figu ra 4.15, Estru ctur a qumi ca general de las Ox imas uti l izadas com ercialmente
para la recuperacin de c obre.
Figura 4.16, Estructura de los com plejos formados.
4.3.5.2. Tipos y caractersticas de reactivos
Reactivos extractantes
Los tipos ms usados son: LIX 984N (Henkel), PT 5050 (Acorga) y MOC 45
(Allied Signal).
Sus caractersticas principales son (en promedio):
Densidad : 0.91 g/cc
Color : mbar
Punto de inflamacin: 70 C
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
52/56
Selectividad Cu/Fe: > 2000
Carga mxima (a 10% v/v): 5.2 g/l de Cu a pH =2
Transferencia neta (10% v/v): 3.0 g/l de Cu
Separacin de fases: < 90 segundos
Cintica de extraccin: > 95% en 60 segundos
Diluyentes
Los tipos de diluyentes ms usados son: ESCAID 103 (Exxon) y OXIMIN
(Oxiquim).
Sus caractersticas principales son:
Densidad: 0.81 g/cc
Punto de inflamacin: 79 C
Modificadores
Los modificadores son compuestos que aumentan la solubilidad del extractante
orgnico y del metal en la fase orgnica. Mejoran la velocidad de separacin de
ases y extraccin de cobre, favoreciendo la coalescencia.
Los modificadores ms usados son el TRIDECANOL y el ESTER.
4.3.5.3. Tipos de extractantes
Ketoximas
Las KETOXIMAS fueron los primeros reactivos usados comercialmente para laextraccin de cobre desde soluciones diluidas y fueron usados exclusivamente
durante 12 aos. Sus principales propiedades eran: excelente separacin de
fases, bajas prdidas de orgnico por arrastre y baja formacin de crud. Su
uso, sin embargo fue limitado, debido a dos desventajas principales :
Extractante moderados de cobre y cintica lenta a bajas temperaturas. El
reactivo tpico fue el LIX 64N.
Salicilaldoximas
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
53/56
Para superar estas desventajas se desarrollaron las SALICILALDOXIMAS, lo
que permiti reducir circuitos 4E+3S o 3E +2S a 2E+2S o 2E + 1S, incluso para
altas concentraciones de cobre y bajo pH (40 gpl Cu y pH 1.5). Sin embargo,
estos reactivos son extractantes tan fuertes que requieren un modificador para
realiza eficientemente la reextraccin.
El uso de modificadores (tridecanol o nonifenol) presentan las siguientes
desventajas: hidrlisis y degradacin del reactivo, mayor transferencia de Fe al
electrolito, mayor prdida de orgnico por arrastre fsico y mayor formacin de
crud. Reactivos tpicos son el LIX 860 y el Acorga PT-5050.
Mezclas Salicilaldoximas - Ketoximas.
Estas mezclas no contienen modificadores. El LIX 984, por ejemplo, es una
mezcla de LIX 860 (salicilaldoximas) y LIX 84 (Ketoxima). Combina la
capacidad extractiva y cintica rpida de la salicilaldoxima con la estabilidad y
propiedades fsicas de las Ketoximas.
Una lista de los reactivos actualmente en uso se indica en la tabla 4.4.
Tabla 4.4, React ivos en uso actualmente
(Revis ta Mineria Ch ilena, sept. 1994)
Reactivo Extractante Modificador
Acorga PT5100
PT5050
M5640
Aldoxima
Aldoxima
Aldoxima
Nonil Fenol
Tridecanol
Ester
LIX 84
984
622
860
Ketoxima
Mezcla
Aldoxima
Aldoxima
No
No
Tridecanol
No
MOC 45
55
Ketoxima
Aldoxima
No
No
4.3.6. Arrastres
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
54/56
4.3.6.1. Continuidad
Al mezclarse en un mixer 2 fases inmiscible, una de ellas debe encontrarse
dispersa en la otra. Se presentan dos casos:
(1) Cuando la fase acuosa est dispersa en la fase orgnica, se habla de
continuidad orgnica, y
(2) cuando la fase orgnica est dispersa en la fase acuosa, se habla de
continuidad acuosa (Fig. 4.17)
Figure 4.17, Tipos de con tinuidad.
4.3.2. Recuperacin del orgnico
El principal costo de operacin en una planta de SX es la reposicin de
extractante, el cual se pierde por arrastre fsico en el refino y electrolito.
Diferentes sistemas han sido implementados para reducir estas prdidas.
Electrol i to
El mayor nfasis se ha puesto en el electrolito, puesto que el orgnico afecta la
calidad de los ctodos. La prctica normal es pasar el electrolito por filtros
rellenos con slice, granate y antracita, el cual ha demostrado ser insuficiente
por s solo.
Por lo tanto, se han desarrollado e implementado diferentes combinaciones
para reducir la transferencia del orgnico al electrolito, por ejemplo :
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
55/56
Uso de post-decantadores o columnas de flotacin convencionales o
Jameson antes de los filtros.
Uso de celdas de sacrificio en electroobtencin.
Ref ino
El mtodo normal es recuperar el orgnico arrastrado desde la piscina de
refino.
4.3.6.3. Remocin de acuoso
De manera similar a los arrastres de orgnico, existen arrastres de acuoso en
la fase orgnica, los que constituyen la principal fuente de contaminacin del
electrolito. El Cl y Mn, adems de Fe, son actualmente las mayores impurezas.
El mtodo normal de remocin de acuoso es el diseo del estanque de
orgnico con tiempo suficiente y facilidades para eliminar peridicamente el
acuoso acumulado.
Este mtodo puede ser suficiente para el Fe, pero no as para el Cl y Mn, cuyas
concentraciones permisibles en el electrolito son muy inferior a las de Fe (30ppm Cl y 100 ppm Mn vs 1.5-2.0 gpl Fe). En este caso se pueden implementar
los siguientes mtodos :
Uso de una o ms etapas de LAVADO.
- Diseo del estanque de orgnico como post-decantador.
- Uso de coalecedor del tipo desarrollado por Chuquicamata.
-Combinacin de cualquiera de las alternativas anteriores, dependiendode la concentracin de las impurezas presentes.
4.3.6.4. Diseo alternativo de Mezcladores Decantadores
Adems de los diseos de Krebs y CMS de Davy, recientemente Outokumpu
ha propuesto el VSF (agitacin muy suave). Las principales ventajas atribuidas
a este diseo son:
Menores arrastres de orgnico y acuoso.
-
7/22/2019 CAP I Lixiviacion de Cobre
56/56
Menor formacin de crud