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HIDROMETALURGIA HIDROMETALURGIA SITUACISITUACIÓÓN CASO COBREN CASO COBRE

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ResumenResumen

Responsable del gran crecimiento de la producción de cobre en la última década, llegando a producir la tercera parte de la producción nacionalEn parte por el desarrollo de la SX, extracción por solventes (20 años) a escala industrial y la posibilidad que abre la Lixiviación Bacteriana, para el caso de los sulfurosEs una tecnología de bajo costo (informadas menores de 30 centavos US$/lb de cobre) en algunos casos

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HIDROMETALURGIAHIDROMETALURGIA

TRES ETAPAS: LIXIVIACITRES ETAPAS: LIXIVIACIÓÓN (LX) O DISOLUCIN (LX) O DISOLUCIÓÓN; N; EXTRACCIEXTRACCIÓÓN POR SOLVENTES (SX) Y N POR SOLVENTES (SX) Y ELECTROOBTENCIELECTROOBTENCIÓÓN (EW)N (EW)ORIENTADA A MINERALES DE COBRE LIXIVIABLES, ORIENTADA A MINERALES DE COBRE LIXIVIABLES, PRINCIPALMENTE MINERALES PRINCIPALMENTE MINERALES ““OXIDADOSOXIDADOS””ORIENTADA A MINERALES DE CUALQUIER TIPO EN ORIENTADA A MINERALES DE CUALQUIER TIPO EN EL CUAL LA ESPECIE MINERALEL CUAL LA ESPECIE MINERALÓÓGICA DE INTERGICA DE INTERÉÉS SE S SE ““DISUELVEDISUELVE””EN SITUACIONES LA DISOLUCIEN SITUACIONES LA DISOLUCIÓÓN ES AYUDADA POR N ES AYUDADA POR AGENTE BIOLAGENTE BIOLÓÓGICOS: LIXIVIACIGICOS: LIXIVIACIÓÓN BACTERIANA O N BACTERIANA O BIOMETALURGIABIOMETALURGIAAl Al DISOLVERSE LA ESPECIE DE INTERDISOLVERSE LA ESPECIE DE INTERÉÉS, PASA A S, PASA A FORMAR PARTE DE UN FORMAR PARTE DE UN ““LIQUIDOLIQUIDO””, , ““HIDROMETALURGIAHIDROMETALURGIA””

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN DE TECNOLOGN DE TECNOLOGÍÍASAS HIDROMETALHIDROMETALÚÚRGICAS.. Nada RGICAS.. Nada nuevo hasta la hace 25 anuevo hasta la hace 25 añños os atratrááss……

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HidrometalurgiaHidrometalurgia

Tradicionalmente ha permitido el tratamiento de minerales “oxidados”… por la dificultad de disolver en condiciones “económicas” las especies sulfuradas…Las recuperaciones de cobre son menores que las de las especies sulfuradas.En esta opción NO HAY SUBPRODUCTOSTecnología de baja empleabilidadLa tecnología hidro evolucionó desde LX-Precipitación (o cementación) a LX-SX-EW ó LX bacteriano – SX – EW

LX: lixiviación (disolución)LX bacteriano: disolución de especie de interés ayudada por bacterias, las cuales en gran medida catalizan la reacción de oxidación de especies sulfuradas de cobreSX: Extracción por solventes (etapa de purificación y concentración de solución acuosa)EW: electrowinning o electro obtención de cobre precipitado catódicamente en sistema electrolíticoPrecipitación – cementación: etapa opcional posterior a la LX en la cual a la solución acuosa que contiene CuSO4 disuelto se le agrega Fe° (fierro metálico en la forma de chatarra de acero generalmente) con lo cual se forma FeSO4 y el cobre precipita en la forma de sólido muy fino en la solución

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Alcance del temaAlcance del tema

Visualización de la evolución de las tecnologías hidrometatúrgicas de minerales “oxidados”, algunos minerales sulfurados (calcocita=Cu2S) y en el futuro cercano la calcopirita

Desde el momento que se pueda lixiviar (disolver) económicamente y ambientalmente otras especies, la hidrometalurgia es una buena opción

Distinguir los principios que gobiernan las diferentes etapas de la hidrometalurgiaEstablecer las diferencias entre la obtención de cátodos electroobtenidos (EW) con respecto a los electrorefinados (ER)Visualizar - Mostrar que los principios de la ER y/o EW son equivalentes a los electrorecubrimientos de materiales…. “Electroplating”… con aplicación extensa en el campo de los materiales de Ingeniería… (estañado, cromado, plateado, aluminizado , zincado…)Ver video en CD proceso mina Radomiro Tomic (Codelco)

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Las dos opciones actuales de Procesamiento del CobreLas dos opciones actuales de Procesamiento del Cobre

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CONCENTRADO O MINERAL ROM

TAMBIENTE óMAYOR

SOLUCIÓN LÍQUIDA CON CONCENTRADOS DISUELTOS

SOLUCIÓN QUE “DISUELVE” ESPECIES

DE INTERES

P = 1 ATMó SOBREPRESIÓN

“LIXIVIACIÓN”(DISOLUCIÓN)

ÁCIDA ALCALINAAMONIACALESOXIDANTE(DEPENDER(DEPENDERÁÁ DE LA DE LA ESPECIE POR ESPECIE POR DISOLVER)DISOLVER)

PRECIPITACIÓN INTERCAMBIO IÓNICO

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

“Cemento de COBRE”Sólido

++FeFe°°

LÍQUIDO CON ESPECIE DE INTERÉS EN SOLUCIÓN LIQUIDA, MÁS

CONCENTRADA y/o PURA

ETAPA PURIFICACIÓN / CONCENTRACIÓN

ELECTROOBTENCIÓN

CATODOS DE COBRE

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HIDROMETALURGIA: Etapa LXLixiviación

Sólido Chancado

FASE

ACUOSA

Minerales sobre 0,5% CuConcentrados

Productos IntermediosPRODUCTOS DE BOTADEROS

Sulfuros y Óxidos

De:Cobre, Oro, Plata

Desde:

Metales Disueltos

Acidos:Sulfúrico, Nítrico, Clorhídrico

Alcalis: Hidróxido y Carbonato de Sodio,

CuCu++++

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PROCESO HIDROMETALÚRGICO LX-SX-EW

Solución

CargadaExtracción -

Purificación Cu++

SoluciónAgotada

Solucióncon Cu

SoluciónAgotada

++

Carguío PILA de LX

ELECTRO

obtención

EW SX

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Especies Especies mineralmineralóógicasgicas:

A) OXIDADOSOXIDADOS: Carbonatos HidroxisilicatosOxidos

B) SULFUROSSULFUROS: Tipo calcocita

ETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALÚÚRGICORGICO

CuCO Cu OH3 2⋅ ( )C uO SiO H O2 22⋅

Cu O CuO2 ,Cu S2

=+−+=+ ++→+ OHSOCuSOHCuO242

24

2

OHSOCuSOHOSCu 22

42

22 225,042

++→++ −+=+

CHANCADO(MOLIENDA)CHANCADO(MOLIENDA)

LIXIVIACIÓN (LX)Botaderos, pilas, estanques (c/s

agitación)

LIXIVIACILIXIVIACIÓÓNN (LX)(LX)Botaderos, pilas, estanques (c/s

agitación)

SOLUCISOLUCIÓÓN DE COBREN DE COBREy otros elementos

Ayudado con bacterias y pila Ayudado con bacterias y pila aireadaaireada……

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Esquema Esquema GeneralGeneral

CHANCADO (MOLIENDA)CHANCADO (MOLIENDA)

LIXIVIACIÓN(LX)

LIXIVIACILIXIVIACIÓÓNN(LX)(LX)

SOLUCISOLUCIÓÓN N (L) (L) DE DE COBRECOBRE

y otros elementos

CEMENTACIÓNCEMENTACICEMENTACIÓÓNN

=++=++ +→+4

)( 4 SOFeCuFeSOCu DEPOSITADOCHATARRALIQUIDO

PURIFICACIÓN Y CONCENTRACIÓN (SX)

PURIFICACIPURIFICACIÓÓN Y N Y CONCENTRACICONCENTRACIÓÓNN (SX)(SX)

Cu RH R Cu H+ ++ ↔ +222 2Reacción Global:

SoluciSolucióón Ln Lííquida quida ““solosolo”” Cu disuelto Cu disuelto

a etapa de ELECTROOBTENCIa etapa de ELECTROOBTENCIÓÓNN

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ETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALÚÚRGICO 2/2RGICO 2/2

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Esquema general de las 3 etapas principalesEsquema general de las 3 etapas principales

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SX: ExtracciSX: Extraccióón por solventesn por solventes

Esta etapa es posterior a la LX y tiene por objetivo inicialmente EXTRAEREXTRAER solamente el cobre desde la solución de LX, mediante una solución orgánica (aceite):

Posterior a la EXTRACCIÓN el cobre está en la fase Aceite y debe ser REEXTRAREEXTRAÍÍDODO desde ella…

Estas etapas (Extracción y Reextracción) se realizan en PISCINAS ó ESTANQUES, en donde se logra el traspaso de iones luego de lograr una gran superficie de intercambio.

( ) ( )[ ]

[ ] ( ) LX hacia acuosoEn Aceite FaseEn 2

Aceite Fase CompuestoLX desde AcuosoEn 2

2

2

+

+

+

⇒+

HCuR

RHCu

[ ] ( )

( ) ( )[ ] EXTRACCIONA Aceite Faseen CompuestoEW hacia Acuoso2

EW de salida acuosoEn Aceite FaseEn 2

2

2

RHCu

HCuR

+

⇒+

+

+

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Segunda etapa: extracción por solvente (SX)

¿¿CUCUÁÁL ES EL OBJETIVO?L ES EL OBJETIVO?En esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpl a 45 gpl, mediante una extracción iónica..

¿¿CCÓÓMO SE HACE?MO SE HACE?Para extraer el cobre de la solución de lixiviación, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre (Cu+2) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviación y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solución), mejorando la concentración del cobre en esta solución hasta llegar a 45 gpl. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención.

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||

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EXTRACCIEXTRACCIÓÓN POR N POR SOLVENTES: SOLVENTES:

TERMODINTERMODINÁÁMICAMICA

Estas relaciones permiten observar que se trata de la misma ecuación química que manejada adecuadamente (mediante el pH) puede EXTRARSE el cobre desde la solución de LX y posteriormente REEXTRAERSE hacia una solución acuosa que va hacia la electroobtención

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Esquema Mezclador

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Permite observar tres circuitos:

• Solución acuosa de LX y hacia Extracción

• Solución orgánica / etapas Extracción y Re-extracción

• Solución acuosa de EW hacia ReExtracción (Stripping)

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ElectroWinning (EW): ElectroWinning (EW): ElectroObtenciElectroObtencióónn

El electrolito entrada trae 45gr/lt de cobre…

En ánodo insoluble se produce H+, e- y O2…

El Cu se deposita en el cátodo con gran consumo energético

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CATODOS ELECTROCATODOS ELECTRO-- refinados refinados electrolelectrolííticamenteticamente

ANODO REACCION 2

CATODO REACCION 22

2

−+°

°−+

+→

→+

eCuCu

CueCu

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ElectroWinning (EW): ElectroWinning (EW): ElectroObtenciElectroObtencióónn

Se trata de un sistema que está formado por:EL electrolito que contiene el cobre, proveniente de la ReExtracciónUn ánodo (que no contiene cobre), que cumple el rol de tal al imponer una diferencia de potencial

Es de Plomo y es insoluble en la solución acuosa

Un cátodo (en este caso) de acero inoxidableAl aplicar la diferencia de potencial requerida se logra:

Generar en el ánodo los electrones necesarios que viajan hacia el cátodo y así permitir la depositación del cobre allíGenerar en el ánodo e introducir a la solución acuosa los iones H+ necesarios para compensar la salida de los iones Cu++ que se depositan en el cátodoAdicionalmente se produce O2 gaseoso en el anodo

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DATA: Serie electromotriz elementosDATA: Serie electromotriz elementos

Ordenamiento de oxidación de los diferentes metales en soluciones acuosas, con respecto a electrodo de hidrógeno…

Estas tablas están referidas a metales en contacto con soluciones acuosas con una concentración de 1M (un mol por litro de solución)

Permite deducir que metal tiene comportamiento anódico frente a otro

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EJEMPLO DE VOLTAJE GENERADO AL PONER EN CONTACTO EJEMPLO DE VOLTAJE GENERADO AL PONER EN CONTACTO EN UN ELECTROLEN UN ELECTROLÍÍTO DOS TO DOS SOLUCIONESSOLUCIONES…… EL COBRE ES EL COBRE ES

ANANÓÓDICO Y LA PLATA ES CATDICO Y LA PLATA ES CATÓÓDICADICA

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(a) Una celda electroquímica simple (b) Una celda de corrosión entre una tubería

de acero aque trasnporta agua y un fitting de cobre

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PROTECCIÓN DE TUBERÍAS BAJO TIERRA

a) Anodo de sacrificio

b) Protección catÓDICA por voltaje impreso

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ELECTROPLATINGELECTROPLATING

En general se puede electrorecubrir materiales en un circuito electroquímico…Debe disponerse de una solución que contenga o acepte al elemento a recubrir en forma disuelta..Se puede imponer un voltaje para uno de los electrodos actúe como cátodo o ánodo, o alternativamente en forma natural uno de ellos será el cátodo…En cualquier caso se requiere de un electrolíto conductor… y aparecerá una diferencia de potencial asociada al sistema

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¿ACERO GALVANIZADO VERSUS ESTAÑADO?

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Minera Minera ZaldivarZaldivar