Universidad Arturo Prat Departamento de Ingeniería Iquique-Chile

Informe de laboratorio Nº2 Hidrometalurgia

“Lixiviación Agitada”

Alumnos: Rodrigo Ángel Pedro Cisternas

Paulo Robles

Profesor: Jaime Tapia. Ayudante: Rodrigo Solis.

SUMARIO

En este laboratorio se pone a prueba tres casos de la lixiviación agitada, para

estudiar el comportamiento de la extracción de cobre y conocer afectan las siguientes

variables, en un mineral mixto con 3% de ley de cobre total y 2.45% de cobre soluble, el

volumen de 1 litro de disolución, se preparó con un porcentaje de sólido de 36.4 %.

Las variables que se estudiaron, fueron el agua de mar para la primera

experiencia, agua normal para la segunda experiencia y agua de mar más adición del ion

férrico para la tercera experiencia. Para esta prueba la cantidad de ácido utilizada para

los tres casos fue de 9.8 ml, agitación mecánica de 80 RPM, las tres pruebas a

temperatura ambiente.

De las tres pruebas realizadas, la de mayor extracción del cobre total

corresponde a la prueba N° 3, donde se utilizó ión férrico y agua de mar, afirmando el

benefició de la adición del ión cloruro, además ajusta a un modelo de control químico.

La menor extracción fue del grupo 1, donde se trabajó solo con agua potable sin

oxidantes.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 4

MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 5

PROCEDIMIENTOS ....................................................................................................... 7

MATERIALES A UTILIZAR ..................................................................................... 7

DATOS EXPERIMENTALES .................................................................................... 7

RESULTADOS OBTENIDOS ...................................................................................... 8

DISCUSION DE RESULTADOS ............................................................................... 11

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 13

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 13

ANEXO .......................................................................................................................... 14

INTRODUCCIÓN

La hidrometalurgia es un proceso de lixiviación selectiva en disolución de los

componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos.

La lixiviación por agitación, es una técnica que se utiliza en minerales de leyes bastante altas. Para esto es necesario que el mineral provenga muy fino desde la etapa de conminución, para lograr una rápida extracción en la agitación. Cabe destacar que es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y en la lixiviación directa de concentrados de molibdenita para disolver cobre.

Algunas de las ventajas que tiene la lixiviación agitada es la alta concentración

del elemento a recuperar, sus tiempos de procesamiento son cortos (horas), es un proceso continuo, permite una gran automatización y tiene facilidades de tratar, menas generadoras de finos.

Sus desventajas es que tienen un mayor costo de inversión y operación, la

inversión requiere tratar menas de alta ley, a demás necesita etapas de molienda y requiere etapas de separación sólido-liquido (espesamiento y filtración).

La agitación puede lograrse en 2 formas estas son mecánicas y neumática, la

utilizada en el laboratorio fue la agitación mecánica, la cual es la más utilizada en la industria. Por lo general el sólido tiende a depositarse en el fondo del reactor, por ello es necesario disponer de algún medio para conseguir mantenerlo en suspensión. En este tipo de agitación se utiliza un reactor y un dispositivo mecánico para generar turbulencia al sistema. En el dispositivo hay un sistema motor que hace girar, a las revoluciones apropiadas (80 rpm), en un eje cuyo extremo inferior hay un sistema de paletas.

Puede haber varios modelos, pero en el caso de la lixiviación no se utilizan más

de 2 tipos, estos son de hélice y turbina, el agitador ideal para la lixiviación es el de turbina que presenta la ventaja de un menor consumo de potencia.

En el caso de las hélices, para favorecer la agitación se colocan Baffles (álabes)

en el interior, generando una mayor turbulencia en la pulpa agitada.

MARCO TEÓRICO

La agitación puede lograrse de dos formas: mecánica y neumática. Agitación Mecánica, es la agitación más usada en la industria. El sólido tiende a depositarse en el fondo del reactor, por lo que es necesario que este disponga de algún medio para conseguir mantenerlo en suspensión. Esto se logra, al imprimir al líquido un movimiento tal que la velocidad local del fluido sea superior a la de caída libre de la partícula, con lo cual el líquido arrastra en su movimiento a las partículas impidiendo su sedimentación. En este tipo de agitación se utilizan un reactor cilíndrico y un dispositivo mecánico para generar la turbulencia adecuada en el sistema. Este dispositivo es un sistema motor que hace girar, a las revoluciones apropiadas, en un eje en cuyo extremo inferior hay un sistema de paletas que producen la deseada turbulencia en la pulpa. Lo esencial en la agitación es el propio agitador. Existen una gran variedad de modelos, pero en el caso de la lixiviación no se utilizan más de dos tipos: el de Hélice y el de Turbina, aunque este último se presentan en diversos diseños. El agitador de hélice presenta la ventaja de su gran versatilidad y por ello se emplea en reactores de laboratorios y semi-piloto. El agitador ideal para la lixiviación es el de turbina que presenta la ventaja de un menor consumo de potencia. En el caso de las hélices que transmiten su rotación a la pulpa, para favorecer la agitación se colocan Baffles (álabes) en el interior del estanque, generando una mayor turbulencia en la pulpa agitada. Si D es el diámetro del reactor, las dimensiones de los alabes son de 1/10 D, y en número de 4 a 6 alabes. La presencia de baffles es para eliminar el vórtice que se forma al girar la pulpa y de esta forma obtener una mayor turbulencia.

Figura 1. Agitación utilizando Hélices con y sin Baffles.

Agitación Neumática, se inyecta aire por el fondo del reactor, generalmente un estanque cilíndrico vertical con fondo cónico, produciendo una alta agitación y turbulencia en la pulpa, este tipo de equipos se conoce industrialmente con el nombre de Pachuca. En el Pachuca, El material entra por el tubo central, forzado por el movimiento ascendente del aire, rebosa por la parte superior y retorna al fondo del reactor de forma cíclica. El tiempo de cada ciclo depende de las condiciones de diseño del reactor. En el centro del estanque puede haber un tubo central. El aire se hace llegar por el fondo del reactor y si se desea trabajar con sobre presión se usa estanques cerrados, llamados Autoclaves. El aire inyectado actúa como agente oxidante, en ciertos casos se enriquece con oxígeno para favorecer la disolución de las especies a lixiviar, según bibliografía, considerando sólo la composición química de la mena es el reactor adecuado para lixiviar cuprita (Cu2O), cemento de cobre y otras especies que necesitan de un agente oxidante para su total disolución. La ventaja del Pachuca es la carencia de partes móviles mecánicas (a excepción del soplador) y por tanto necesitan menos mantención y consumen menos energía. El Pachuca se utiliza preferentemente en la lixiviación de oro y plata.

Figura 2. Agitación Neumática. Figura 3. Agitación Mecánica.

La adición de hidróxido de hierro tendrá la siguiente reacción según Fathi Habashi (1999) del tipo acido no-oxidante en el sistema:

El efecto de la adición del ión cloruro según bhpbilliton, es obtener una mejor tasa de recuperación de cobre en la calpopirita, reduce al mínimo la habitual “pasivación”,

entendiendo por pasivación la capa de azufre alrededor del mineral por último un régimen amplio de operación.

PROCEDIMIENTOS

Existieron pruebas preliminares, que se desarrollan generalmente moliendo el mineral a 100%-100#. Es recomendable moler las muestras a -6# y una parte de ellas a -20#, con la finalidad de efectuar eventuales pruebas posteriores con granulometrías más gruesas. En el laboratorio se trabajara con un porcentaje de sólido de 36.4 % y con una velocidad de 80 rpm, cabe decir que la velocidad de agitación en el laboratorio es sólo la necesaria y suficiente para mantener la pulpa en suspensión y así evitar que el sólido pueda depositarse en el fondo del reactor. Se deposito el mineral pulverizado que fue de 464,3 gr., dentro de un vaso precipitado de volumen adecuado de vidrio se le agrego la cantidad de agua que necesitaba en este caso un volumen de 811,26 ml., en nuestro caso en particular el agua agregada fue agua de mar, se agrego acido sulfúrico un volumen de 9,8 ml. y solo en nuestro grupo se agrego Ion férrico en cantidad de 58,2 gr. Con un agitador mecánico (hélice) se agita la pulpa preparada, y se hace un muestreo en diferentes tiempo, con un tiempo total de 150 minutos, cuando se realiza el muestreo no se detiene la agitación. Los tiempos donde se muestrea son: 15, 30, 60, 90, 120 y 150 minutos respectivamente. MATERIALES A UTILIZAR -Material sólido pulverizado -Vasos precipitados de vidrio -Agitador mecánico -Agua de mar -Balanza -Ion férrico DATOS EXPERIMENTALES Datos generales Volumen de la pulpa: 1 lt. Porcentaje de sólido: 36,4% Densidad del sólido: 2,46 gr/cc

RESULTADOS OBTENIDOS

Resultados obtenidos para ley de cobre total en el mineral 3%

Recuperación parcial de cobre para una prueba de lixiviación a diferentes condiciones de proceso, Noviembre 2010 - UNAP

Gráfico 1: Curvas de recuperación parcial de cobre para una prueba de lixiviación a diferentes soluciones, para grupo 1, en agua potable; para grupo 2, agua de mar; para grupo 3, agua de mar y ión férrico. Extracción de cobre para diferentes condiciones de lixiviación agitada, Noviembre

2010 - UNAP

Gráfico 2: Curvas de extracción para las diferentes pruebas de lixiviación, observándose una mayor recuperación en la curva del grupo 3. Modelación matemática de curvas de extracción por control químico, Noviembre

2010 - UNAP

Gráfico 3: Modelación de las pruebas de lixiviación agitada, como se puede observar, las curvas del grupo 1 y 3, ajustan al modelo de control por control químico. Resultados obtenidos para ley de cobre soluble en el mineral 2.45%

Recuperación parcial de cobre para una prueba de lixiviación a diferentes condiciones de proceso, Noviembre 2010 - UNAP

Gráfico 4: Curvas de recuperación parcial de cobre para una prueba de lixiviación a diferentes soluciones, para grupo 1, en agua potable; para grupo 2, agua de mar; para grupo 3, agua de mar y ión férrico. Extracción de cobre para diferentes condiciones de lixiviación agitada, Noviembre

2010 - UNAP

Gráfico 5: Curvas de extracción para las diferentes pruebas de lixiviación, observándose nuevamente una mayor recuperación en la prueba del grupo 3

Modelación matemática de curvas de extracción por control químico, Noviembre 2010 - UNAP

Gráfico 6: Modelación de las pruebas de lixiviación agitada, como se puede observar, solo las pruebas del grupo 1, ajusta bien al modelo.

DISCUSION DE RESULTADOS

1. La curva de mejor extracción corresponde al grupo N° 3, a los primeros 15 minutos de agitación, se obtuvo la mayor velocidad de extracción en comparación a las otras 2 experiencias, esto debido a la adición del ión férrico y

el agua de mar con alta concentración de NaCl, los cuales son fuertes agentes oxidantes para los minerales sulfurados de cobre.

2. La prueba realizada con agua de mar, lixivia en menor proporción los minerales sulfurados, ya que no basta solo una adición de cloruro, además es necesario el ión férrico, sin embargo, se obtuvo una mayor extracción que la experiencia realizada solo con agua potable.

3. Las pruebas y análisis realizado para la ley de cobre soluble en el grupo 3, el modelo por control químico no ajusta según gráfico 6, es aceptable este resultado dado que la velocidad de reacción para esa prueba es muy rápida que obviamente no hay problema de reacción química ya que se trata solo del cobre soluble.

4. Con respecto al análisis con la ley de cobre total, los modelos cinéticos por control químico para las tres pruebas ajustan muy bien según gráfico 3, dado que, existe un problema de reacción con los sulfuros presentes en la disolución.

5. Respecto al análisis de la recuperación de hierro en la solución, no se pudo establecer una diferencia clara debido a que en el grupo 1, según tabla 1, no se obtuvo la dilución como dato para calcular el contenido de hierro en la muestra. Sin embargo, el grupo 2, según tabla 1, contiene hierro solo en dos muestras, impidiendo un análisis completo, por último, el grupo 3, según tabla1, contiene hierro casi en todas la muestras, pero a esta lixiviación se le adicionó hierro generando más hierro de lo que contiene el mineral.

CONCLUSIONES

1. La mayor extracción de las tres experiencias corresponde a la del grupo número 3, debido a que se trabajó con 2 fuertes agentes oxidantes permitiendo una mejor lixiviación de los minerales sulfurosos.

2. Al existir agitación se comprueba la rapidez de la extracción de cobre basándose en el 100% de recuperación del cobre soluble en la prueba 3.

3. Para las pruebas de lixiviación del grupo 1 y 3 según gráfico 3, ajustan al modelo de control químico.

4. Se extrajo la totalidad de cobre soluble en la prueba realizada con agua de mar y ión férrico.

BIBLIOGRAFIA

1. Fathi Habashi, 1999, Hydrometallurgy – Laval University, Canada, second

edition, pag 71. 2. Bhbbilliton, lixiviación de calcopirita en medio cloruro. 3. Dr. Jaime Tapia, 2010, Guías de Laboratorio, Lixiviación Agitada.

ANEXO

Ley Cu = 3 % 0.03 Cu en muestra = 13.92Volumen de muestra (cc) = 45 0.045

Moldeo cineticot (min) ppm Dilucion (g/L) Volumen L (g) Alfa Parcial Alfa Extraccion 1-(1-α)1/3

0 0 0 0 1 0 0 0 0 015 224.75 5 0.225 1 1.124 0.081 0.081 8.073 0.02830 193.24 5 0.193 0.955 0.923 0.066 0.147 14.702 0.05245 130.29 10 0.130 0.910 1.186 0.085 0.232 23.219 0.08460 128.71 10 0.129 0.865 1.113 0.080 0.312 31.218 0.11790 258.98 5 0.259 0.820 1.062 0.076 0.388 38.846 0.151

Moldeo cineticot (min) ppm Dilucion (g/L) Volumen L (g) Alfa Parcial Alfa Extraccion 1-(1-α)1/3

0 0 0 0 1 0 0 0 0 015 123.45 10 0.123 1 1.234 0.089 0.089 8.868 0.03030 274.03 5 0.274 0.955 1.308 0.094 0.183 18.268 0.06545 221.51 10 0.222 0.910 2.016 0.145 0.327 32.749 0.12460 217.94 10 0.218 0.865 1.885 0.135 0.463 46.292 0.18790 247.47 5 0.247 0.820 1.015 0.073 0.536 53.581 0.226

120 227.32 5 0.227 0.775 0.881 0.063 0.599 59.909 0.263

Moldeo cineticot (min) ppm Dilucion (g/L) Volumen L (g) Alfa Parcial Alfa Extraccion 1-(1-α)1/3

0 0 0 0 1 0 0 0 0 015 223.87 10 0.224 1 2.239 0.161 0.161 16.083 0.05730 225.67 10 0.226 0.955 2.155 0.155 0.316 31.565 0.11945 232.34 10 0.232 0.910 2.114 0.152 0.468 46.754 0.18960 233.44 10 0.233 0.865 2.019 0.145 0.613 61.260 0.27190 223.31 10 0.223 0.820 1.831 0.132 0.744 74.415 0.365

Ley Cu = 2.45 % 0.0245 Cu soluble (gr) = 11.368

Moldeo cineticot (min) ppm Dilucion (g/L) Volumen L (g) Alfa Parcial Alfa Extraccion 1-(1-α)1/3

0 0 0 0 1 0 0 0 0 015 224.75 5 0.225 1.000 1.124 0.099 0.10 9.89 0.03430 193.24 5 0.193 0.955 0.923 0.081 0.18 18.00 0.06445 130.29 10 0.130 0.910 1.186 0.104 0.28 28.43 0.10660 128.71 10 0.129 0.865 1.113 0.098 0.38 38.23 0.14890 258.98 5 0.259 0.820 1.062 0.093 0.48 47.57 0.194

Moldeo cineticot (min) ppm Dilucion (g/L) Volumen L (g) Alfa Parcial Alfa Extraccion 1-(1-α)1/3

0 0 0 0 1 0 0 0 0 015 123.45 10 0.123 1.000 1.234 0.109 0.11 10.86 0.03830 274.03 5 0.274 0.955 1.308 0.115 0.22 22.37 0.08145 221.51 10 0.222 0.910 2.016 0.177 0.40 40.10 0.15760 217.94 10 0.218 0.865 1.885 0.166 0.57 56.68 0.24390 247.47 5 0.247 0.820 1.015 0.089 0.66 65.61 0.299

120 227.32 5 0.227 0.775 0.881 0.077 0.73 73.36 0.357

Moldeo cineticot (min) ppm Dilucion (g/L) Volumen L (g) Alfa Parcial Alfa Extraccion 1-(1-α)1/3

0 0 0 0 1 0 0 0 0 015 223.87 10 0.224 1.000 2.239 0.197 0.20 19.69 0.07030 225.67 10 0.226 0.955 2.155 0.190 0.39 38.65 0.15045 232.34 10 0.232 0.910 2.114 0.186 0.57 57.25 0.24760 233.44 10 0.233 0.865 2.019 0.178 0.75 75.01 0.37090 223.31 10 0.223 0.820 1.831 0.161 1.00 100.00 1.000

Concentración de Cu Masa de Cu

Concentración de Cu Masa de Cu

Concentración de Cu Masa de Cu

Concentración de Cu Masa de Cu

Concentración de Cu Masa de Cu

Análisis para ley de cobre soluble en la muestra

Análisis para grupo 1 con agua de la llave

Análisis para grupo 2 con agua de mar

Análisis para grupo 3 con agua de mar y férrico

Análisis para ley de cobre total en la muestra

Análisis para grupo 1 con agua de la llave

Análisis para grupo 2 con agua de mar

Análisis para grupo 3 con agua de mar y férricoConcentración de Cu Masa de Cu

Cálculo de la masa de líquido y solido para un porcentaje de sólido de 36.4 %:

(1)

Reemplazando (2) en (1):

Masa de líquido y de solido para preparar la pulpa:

Para determinar el consumo de ácido:

Considerando que la pureza del Ácido es 90%, se de calcular la cantidad de ácido puro a agregar:

Determinar la adición del férrico:

La tasa de consumo de férrico en el proceso es 35Kg/Ton, la cantidad de férrico vendrá siendo:

La adición de Hidróxido de hierro será: