Uni versi dadde Guanaj uato Enri que IsmaelGuzmn Gal vn
METALURGIA NO FERROSA I CARBN ACTIVADO El carbnacti vado,
ocarbnactivo, esunmateri al de carbnporoso. Unmaterial
carbonizadoquesehasometido, a reacci
ncongasesoxidantes(comoCO2oaire), oconvaporde agua;
obienauntratamientoconadi cindeproductos qu micoscomoel H3PO4,
durante(odespus)deunprocesode carbonizacin,
conelobjetodeaumentarsuporosidad. Los
carbonesactivadosposeenunacapacidaddeadsorci nelevada yseutil
izanparalapuri ficaci ndel quidosygases.Mediante elcontrol
adecuadodel osprocesosdecarboni zaci ny acti vaci
nsepuedeobtenerunagranvariedaddecarbones acti
vadosqueposeandiferentesdi stribuci onesdetamaode poros.
INTRODUCCION IMPORTANCIA DE LA TEXTURA POROSA DE LOS CARBONES
ACTIVADOS Loscarbonesactivados,puedenpresentarelevadassuperficies
especficas, del orden de 1000 m2/g e incluso llegar a los 3000
m2/g. Los
elevadosvaloresdesuperficieespecficasedebenengranmedidaala
porosidad que presentan los materiales carbonosos, siendo los
microporos losquemayorcontribucintienenenla superficie
especfica.Enprincipio,
cabrapensarqueamayorsuperficieespecficamejoressernlas
caractersticascomoadsorbertedelcarbnactivado,puestoquetambin
deberamos tener un mayor nmero de centros para adsorber el
adsorbato. Sin embargo, esto no siempre es cierto, ya que hemos de
tener en cuenta el posible efecto de tamiz molecular. As,
dependiendo del tamao de las
molculasdeladsorbato,puedesucederquestasseanmayoresque
algunosdelosporosyportantonotodalasuperficieseaaccesiblea
dichasmolculas.Porotroladotambinhayquetenerencuentatantola geometra
del poro como la del adsorbato. As, por ejemplo, determinadas
molculaspueden penetrarenporoscongeometra deltiporendijayno hacerlo
en poros de dimensiones similares y geometra cilndrica.
Clasificacin de los poros segn su tamao IMPORTANCIA DE LA QUMICA
SUPERFICIAL DE LOS CARBONES ACTIVADOS La superficie de los
carbones, en particular los tomos de carbono
delosbordesdelosplanosbasales,puedenencontrarsecombinadosen
mayoromenorproporcinconotrostomosdistintosalcarbono (heterotomos),
dando lugar a diferentes grupos superficiales. Por otro lado,
lostomosdecarbonodelosplanosbasales,poseenorbitalesque
contienenelectronesmsomenosdeslocalizadosdentrodeestosplanos
basales.Lapresenciaoausenciadelosgrupossuperficiales,ascomoel
mayoromenorgradodedeslocalizacindeloselectronesafectaalas
interacciones del carbn con otros elementos o compuestos
Representacin esquemtica de los principales grupos superficiales
que pueden encontrarse un carbn Prcti camentecual qui ermateri al
orgni cocon proporci onesrel ati vamenteal tasdecarbonoessuscepti
bl edeser transformadoencarbnacti vado. Loscarbonesacti vados
obteni dosi ndustri al mentepuedenproveni rdemaderayresi duos
forestal esuotrosti posdebi omasa, turba, l i gni toyotroscarbones
mi neral es, as comodedi ferentespol merosyfi brasnatural eso si
ntti cas. Exi sten, noobstante, al gunasl i mi taci ones. As ,
desde unpuntodevi staestructural l oscarbonesacti vadossoncarbones
muydesordenadosei stropos. nosernadecuadosparapreparar carbonesacti
vadosaquel l osmateri al escarbonososquepasenpor unestadofl ui
doopseudo- fl ui dodurantesucarboni zaci n; dado quedurantel aresol
i di fi caci ndeestafasesuel enformarse estructurasordenadasenl
oscarbonesresul tantes. Noresul tan adecuados, portanto, l
oscarbonescoqui zabl es, sal voquese el i mi nensuspropi
edadescoqui zantes, medi anteunaoxi daci n previ a.MATERIALES DE
PARTIDA Llamadatambinactivaci nf si ca, apesardequela acti vaci
nseproduceporlareacci n(qumi ca)del agente acti
vante(unoxidantecomoel ai re, vapordeagua, CO2,etc. )
conelcarbonodel material queestsiendoacti vado.Estetipo deacti
vacinconstadevariaetapas.As , avecesson necesari
osciertospretratamientoscomolamol iendayel tami zado para obtener
un tamao adecuado delprecursor.
ACTIVACIN TRMICA Carbonizacin El precursor es sometido a
elevadas temperaturas (del orden de los 800 C) en ausencia de aire,
para eliminar las sustancias voltiles y dejar un
residuocarbonosoqueserelquesesometaalaactivacin.Durantela
desvolatilizacin, la salida de los gases y vapores del precursor
produce una
porosidadincipienteenelcarbonizado,lacualsedesarrollaaunms durante
la etapa de activacin. Activacin puede ser un proceso totalmente
independiente de la carbonizacin
ollevarseacaboacontinuacindesta.Consisteenhacerreaccionaral
agenteactivanteconlostomosdecarbonodelcarbonizadoqueest
siendoactivado;deformaqueseproduzcaunquemadoselectivoqueva horadado
progresivamentealcarbonizado,generandoporosyaumentando
laporosidadhastatransformarloenuncarbnactivado.Losagentes
activantes que se suelen usar son:Oxgeno (raramente a escala
industrial) aire, vapor de agua (el mas usado) y CO2. El
precursorsehacereacci onarconunagentequ mico acti vante.
Enestecasolaactivacinsueletenerlugarenuna ni
caetapaatemperaturasquepuedenvariarentre450y900 C.Noobstante,
enestetipodeacti vaci n, esnecesariauna etapaposteri ordelavadodel
carbnacti vadoparaelimi narl os restosdel agenteacti vante.
Existennumerososcompuestosque podranserusadoscomoagentesacti
vantes,si nembargol os msusadosi ndustrialmentesonel cl orurodezi
nc(ZnCl2), elci do fosfri co (H3PO4) y elhi drxido de potasi o
(KOH). ACTIVACIN QUMICAdiagrama de la activacin qumicadiagrama de
los diferentes procesos que pueden tener lugar en la activacin
trmicaACTIVACIN QUMICA CON ZNCL2
Fueelmtodomasusadohasta1970,especialmenteparala
activacinderesiduosdemadera.Suuso,sinembargo,seharestringido
muchoenlaactualidaddebidoalosproblemasmedioambientalesque
conllevaelusodelZnCl2.NoobstantealgunospasescomoChinaaun siguen
usando este mtodo para producir carbn activado. La activacin qumica
con H3PO4 prcticamente ha desplazado al
ZnCl2ylosprecursoresusadosenestetipodeactivacinsonensu
mayora,comoenelcasodelZnCl2,residuosforestalesimplicalas
siguientesetapas:(i)moliendayclasificacindelmaterialdepartida,(ii)
mezcladelprecursorconH3PO4(recicladoyfresco),(iii)tratamiento
trmicoenatmsferainerteentre100y200C,manteniendola
temperaturaaproximadamente1h,seguidodeunnuevotratamiento trmico
hasta 400 500 C, manteniendo esta temperatura en torno a 1h,
(iv)lavado,secadoyclasificacindelcarbnactivado,yrecicladodel
H3PO4.LaproporcinH3PO4:precursormsempleadasueleser1:5
(aunqueproporcionesdiferentesdanlugaracarbonescondistintas
propiedades), el rendimiento en carbn activado suele ser del 50%.
ACTIVACIN QUMICA CON H3PO4
ACTIVACIN QUMICA CON KOH
Sedesarrollodurantelosaos70,paraproducirlos denominados carbones
superactivados, con superficies especficas del
ordendelos3000m2/g.Adiferenciadelosotrosdosagentes
activantes,losprecursorespreferiblesparlaactivacinconKOHson
aquellosdebajocontenidoenvoltilesyaltocontenidoencarbono,
comoloscarbonesmineralesdealtorango,carbonizados,coquede
petrleo,etc.EnestaactivacinelKOHsemezclaconelprecursor,en
unasuspensinacuosaomedianteunasimplemezclafsica,en
proporcionesKOH:precursorentre2:1y4:1.Cuandolaimpregnacin
tienelugarenmedioacuoso,laactivacinsellevaacaboendos
tratamientostrmicosconsecutivosenatmsferainerte.Elprimeroa
temperaturasbajas,perosuperioresalos200C(queseutilizasolo para
evaporar el agua y dispersar el KOH)y el segundo entre 700 y 900
C.Enelcasodeunamezclafsicanoesnecesariollevaracaboel primer
tratamiento. Loscarbonesactivospuedenclasificarse atendiendoaltamao
delaspartculasencarbnactivadoenpolvo(CAP)ycarbnactivado
granular(CAG).LosCAPpresentantamaosmenoresde100mm,
siendolostamaostpicosentre15y25mm.LosCAGpresentanun tamao medio de
partcula entre 1 y 5 mm. Los CAG pueden dividirse en
doscategoras:(i)carbnactivadotroceado(osinforma)y(ii)carbn activado
conformado (o con una forma especfica, cilindros, discos, etc.).
Los carbones activados troceados se obtienen por molienda, tamizado
y clasificacindebriquetasdecarbnodetrozosmsgrandes.Los
carbonesconformadospuedenobtenerseporpeletizacinopor
extrusindecarbnenpolvomezcladocondistintostiposde
aglomerantes.Existen adems otras formas de adsorbentes de carbn,
comolasfibrasdecarbnactivadas,lastelasylosfieltrosdecarbn
activadas, las estructuras monolticas, las membranas de carbn, etc.
Algunos tipos de carbn activado Elusodel
carbnactivadoenlametalurgiaextractivase hai ntensi
ficadoenlasltimasdosdcadas, emplendoseen l osprocesosdefl
otacindemi nerales, tratamientodeaguas i ndustri ales, puri
ficacindeelectrli tos, recuperaci nde metalesdi suel tosensoluci
onesacuosas, comomodi fi cadordelpotenci al REDOX, comocatali
zador, etc.El carbnacti vadose
empleaademspararecuperarelorocontenidoensol uci ones origi
nadasendiversosprocesosdecianuracin, entrel osque figuranactual
menteeldeli xivi acinenpi las, carbnenpulpa (CIP) y carbn en l i xi
viacin (CIL). Latendenciaactual esadoptarlatecnol ogadel carbn acti
vadoparalarecuperaci ndeorodesdesoluci onesalcali nas
diluidasquecontengancantidadesmuypequeasdeoroen sol uci n,rebajando
l os costos de capi talpara l a pl
anta.Lacinticadeadsorcindeoroencarbnactivadohasido
extensamenteinvestigadaysehanpropuestonumerososmodelosal
respecto.Lavalidezdeestosmodelosfueevaluadamidiendola concentracin
de oro en la solucin y en el carbn.
Losprocesosdeadsorcinencarbnactivadoeintercambio
inicosellevanacabogeneralmenteencolumnasempacadascon
carbnactivadooconresinasdeintercambioinicorespectivamente.El
circuitoinvolucradospasos:lacargadelcarbnoresinaconelmaterial
deseado,yladescarga,desorcinoelucindelmaterialdeinters. Despus de
cada uno de estos pasos hay una etapa de lavado.
Laadsorcindeunmetalporcarbnactivadoesligeramente menor comparada
con las resinas de intercambio inico, sin embargo es un material
muy barato. Para incrementar su capacidad adsortiva algunas
veceselcarbnactivadosetrataconcidosparadarlealasuperficie
propiedades de intercambio inico.
Enextraccinporsolventes,lasolucindelixiviacinse mezcla con un
solvente orgnico inmiscible tal que el metal de inters
seatransferidodelafaseacuosaalafaseorgnica.Lasdosfasesse
separanposteriormente.Elprocesoserepiteponiendoencontactola
faseorgnicacargadaconunasolucinacuosacapazdetransferirel in metlico
de regreso a la fase acuosa. Esta fase acuosa est ahora pura y
concentrada, y es apropiada para a recuperacin del metal.
LaTabla1muestraunacomparacindeestostresmtodos de
concentracin/purificacin. PROPIEDADAdsorcin en Carbn
ActivadoIntercambio InicoExtraccin con Solventes Mxima
eficienciaSol. DiluidaSol. DiluidasSol. Concentradas
VelocidadLentaLentaRpida CapacidadBajaAltaAlta Claridad de
SolucinClara o turbiaClara o turbiaClara Mtodo de OperacinContinuo
o discontinuo Continuo, discontinuo o semi-continuo Continuo
CostoBajoAltoModerado Principal AplicacinAu y Ag de sol.
CianuracinUranio, lantnidos U, Cu, Zn, Be, Pt, Au, Th, Pu,
lantnidos MecanismoFsicoFisico-qumicoQumico Tabla 1- Comparacin
entre los tres mtodos de concentracin-purificacin (Habashi, 1993).
CARBN ACTIVADO EN LA RECUPERACIN DE ORO Y PLATA
Elprimerusodelcarbnactivadoenlametalurgiafueenla
extraccindeloroporelprocesodeclorinacin.Cuandoesteprocesofue
desplazadoporlacianuracin,sesiguiutilizandoelcarbnactivado.En
amboscasoseloroserecuperabaquemandoelcarbnhastacenizas,y
fundiendoelbullion,loqueresultabacaro.Estedesperdiciodecarbn,
aunado al hecho de la introduccin del mtodo de cementacin con zinc
para recuperar el oro y la plata, hicieron que el carbn activado
cayera en desuso. En 1950, se despert otra vez el uso del carbn
activado al desarrollarse un
procesodedesorcindeloroylaplatadelosgrnulosdecarbn,que permita
volver a utilizar el carbn.
Elprocesodeadsorcincomosueleaplicarseenlahidrometalurgia
puededefinirsecomolaadsorcindeanionesquecontienenelmetalsobrelos
sitiosdeintercambioinicodelasuperficiedelcarbnactivadocuandostees
puesto en contacto fsico con la solucin que contiene el mental.
Este proceso de
adsorcin,enprincipio,esunfenmenodeintercambiodeanionesquese
restringe solo a la superficie del carbn activado, por ello, en
comparacin con las resinas de intercambio inico, la capacidad de
intercambio sobre carbn activado
esmuchomenor.Algunasveces,yparamejorarsucapacidaddecargadolos
carbonessontratadosconesteresorgnicosdecidofosfrico.Comoen
cualquierprocesodeintercambio,losdosprincipalespasosoetapasdela
adsorcin en carbn son: (1) Cargado del carbn con iones del metal y
(2) Su de-adsorcin con una solucin acuosa apropiada. Adsorcin:
De-adsorcin: + + OH CN Au C CN Au OH C2 2) ( . ) ( . + +2 2) ( . )
( ) ( . CN Au OH C caliente Sosa OH CN Au CCARBN EN PULPA (CIP):
Esteprocesohasidodesarrolladoparaeltratamientodemenascon
excesivacantidaddearcillasolamas,lascualessondifcilesdeseparardellicor
rico.Enesteproceso,lapulpadelixiviacinesmezcladaconcarbngranuladode
maneraquelosvaloresdisueltossoninmediatamenteadsorbidossobreelcarbn.
En un circuito CIP que envuelve un nmero mltiple de tanques, la
pulpa lixiviada se
desplazaacontracorrienteconrespectoalcarbn.Debidoalaaltaabrasinque
puede generarse en el proceso es necesario utilizar un carbn
altamente resistente
comoloeseldecortezadecoco,cualquierfinoproducidodurantelaagitacin
resulta en prdida de valores y alto costo de carbn.
LarecuperacindevaloresdelavadoacontracorrienteyCIPsuelenser
similarescuandosetratanmenasderpidasedimentacin,sinembargoenel
tratamientodemenasconaltocontenidodefinosyarcillaselprocesoCIPesms
eficiente.Celda CIP CARBN EN COLUMNA (CIC)
Elprocesoesrealizadodeunamanerasimilaralprocesode
extraccinporsolventes.Elcarbnsedisponeengrandestanques
cilndricoslosqueenelfondoseencuentranprovistosdeunaplaca
distribuidoraconmltiplesboquillas.Ellicorgeneradoenlasoperaciones
delixiviacinesintroducidoporelfondoyviajaatravsdelacamade
carbnaunavelocidadespecfica,unavezquesaleesdecantadayfluye
porgravedadhaciaelsiguientetanquedeadsorcin.Enestesistemaa
contracorriente,lassolucionesdealtaconcentracincontactanelcarbn
mscargado.Unavezalcanzadoelcargadomximo,elcarbndeeste
primertanqueestratadopararesorberlosvaloresdeoro-plata,enseguida
esreactivadoydevueltoalltimotanque.Elderramedesolucindela
ltimacolumna,libredevaloresmetlicosesbombeadaalestanqueo
tanqueparaajustarsufuerzayregresarlaalproceso(GuptayMukherjee,
2000). CARBN EN LIXIVIACIN (CIL)
Elprocesocombinalalixiviacinyelcarbnenpulpa,designndoseesta
conjuncincomocarbnenlixiviacin.Enesteproceso,soloelprimertanquees
usadoparalixiviar,enelrestoocurrensimultneamentelixiviacinyadsorcin.A
diferenciadelprocesoCIP,en
elqueexisteunaseccindetanquesparalaetapade adsorcinde valores sobre
carbn, en el proceso CIL esta seccin no es necesaria ya que
lixiviacin y adsorcin ocurren simultneamente. Esta variante de
proceso resulta aplicable a aquellas menas que presentan
robooprerrobodevalorescomoresultadodelapresenciademateriacarbonosa,
pulpaycarbnactivadofluyenacontracorrientesiendoestrictamentenecesarioque
el carbn activado tenga o posea una mayor afinidad por los metales
preciosos que el
carbnpresenteenelmineral.ElcarbnenelprocesoCILnopuedecargarsetanto
como en el CIP, ello por razones como. (a) Su actividad debe
mantenerse alta ya que debe competir con el carbn problema y (b) La
solucin contiene bajos valores ya que estos son adsorbidos conforme
se solubilizan. LaindustriadeloroenfricadelSurhaestadoampliamente
familiarizadaeinvolucradaconlosprocesosdeadsorcinsobrecarbn,y
aunqueelprocesoCIPesquizelmayormenteaceptadoyfirmemente
establecido,elprocesoCILresultainfranqueablecuandodemenas
carbonosas se trata. En un circuito CIL el carbn de corteza de coco
es hecho
fluirdeltanqueinferioralsuperioraunavelocidadtalquestetieneo
alcanzauntiempoderesidenciade3horas.Elcarbncargado(234.4g
Au/ton)eslavadoenunasolucincidade2a3%decidontrico, enseguida
nuevamente es lavado en una solucin castica y finalmente el Au
esrecuperadousandounasolucindecianuro-hidrxidodesodioauna
temperatura de 149 C y presin de 482 kPa. Aproximadamente se
requieren 10 horas para tratar 4.5 a 5.4 toneladas de carbn y
generar una solucin de
oroparaelectrlisis.Laelusindeoroconsolucionesde20%V/Vetanoly
solucionesde1%NaOH-0.1%NaCN,norequiereelusodealtas
temperaturasopresiones,yaqueesrealizableentiemposmenorescon
temperaturas de 80 C.
ElBurodeMinasdelosEstadosUnidosdesarrollunproceso
denominadoCICL,lixiviacinconcloro-carbnactivado,paraeltratamientode
menasrefractariasdeoroquecontienencarbn,xidososulfuros.Elproceso
consiste en una etapa de clorinacin a 60 C, seguida por la
cianuracin a 50%
deslidosconcarbnactivado6X16.Algunasdelasrecuperacionessobre
minerales con sulfuros fueron muy consistentes, lo que se atribuye
a la falta de optimizacindeparmetros,noobstanteesmuyprobablequeel
pretratamientoconcloropromuevaunaaltadisolucindesulfuros;Me+yS=,
queluegoentoncesreaccionenfavorablementeodesfavorablemente,
dependiendo de su concentracin, durante la cianuracin.
Independientementedelmtododeadsorcindecarbnquese
utilice(columna,carbnenpulpaycarbnenlixiviacin),lossiguientes pasos
son comunes a todos los mtodos:
-Adsorcindeloscomplejoscianuro-oroycianuro-plataenel carbn
activado. -Lavado del carbn para remover la solucin arrastrada.
-Desorcin,generalmenteconsolucin0.2%NaCN,1%NaOHa 90 C. -Lavado cido
del carbn, para remover precipitados de CaC03. -Lavado del carbn,
para enjuagar el cido.
-Secadoyactivacindelcarbnporcalentamientopor30mina 700 C en
ausencia de aire, y templado del carbn.
-Tamizadodelcarbnparaeliminarfinos,yrecirculacinala solucin
cargada. RECUPERACIN EN ETAPAS DE ORO EN CARBN ACTIVADO K =
capacidad mxima de adsorcin del carbn (constante) [Au]c =
concentracin de oro en el carbn, a tiempo = t (ppm, g/t) [Au]c0 =
concentracin de oro en el carbn a tiempo= 0 (ppm, g/t) t = tiempo
(horas) [Au]s = concentracin de oro en la solucin, en estado
estable k = constante cintica (h-1) concentracin de oro en la
solucin a tiempo; t = 0 (ppm) Mc = masa de carbn en cada etapa (kg)
Ms = masa de la solucin (kg) Vs = flujo de la pulpa (kg/h) E =
eficiencia por etapa R = recuperacin, por etapa o global N = nmero
de etapas MODELO
En el equilibrio:
Lejos del equilibrio:
Proceso Batch: Proceso Continuo (estado estable):
s cAu K Au ] [ ] [ =t Au kK Au Ausoc c] [ ] [ ] [ = ( )soscs oc
cAu AuMMAu Au ] [ ] [ ] [ ] [ + =s cos c s os cV kK Mt Au K k M VAu
Au++ =] [] [ ] [222) (] [] [ ] [s cos c s os sV kK Mt Au K k M VAu
Au++ =Multietapas: csMVkKkKE+=100NTER|.|
\| =1001 1
