Clase 6 - Lixiviación

7/25/2019 Clase 6 - Lixiviacin

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LIXIVIACIN

Claudio Vsquez Valdenegro


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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE

Los minerales oxidados de

cobre son tratados por

mtodos hidrometalrgicos

y cuya qumica fundamental

no es de complejidad. La

limitante del proceso se

debe a los grandes

volmenes de reactivos

utilizados debido al altotonelaje para tratar

minerales de baja ley.
http://www.codelco.com/images/comercializacion/catalogos/catodos/proceso/oxides1.gif


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Agua

H2O

H+

OH-

H2SO4

H+

Cl-

H+

SO42-

SO42-

H+

Oxidos de Cobre

Al3+

Cu2+

Cu2+

Fe2+

Soluciones

Ricas o PLS

Electrlitos



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H+

Cu2+



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La qumica es de descomposicin, obteniendo productos solubles en agua

o en exceso de lixiviante.

En general, las reacciones qumicas de LX para minerales oxidados, estn

reguladas slo por valores de pH y no son necesarios agentes oxidantes

(como s lo es en el caso de LX de minerales sulfurados)


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Por qu no se prefiere lixiviar los sulfuros de cobre?

Fe3+

e-

Fe2+

Cu2+Fe2+

Fe3+

S0

S0



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Las reacciones qumicas se realizan a temperatura ambiente y presin

atmosfrica, siendo el agente lixiviante ms utilizado, el cido sulfrico. Al

reaccionar, el cobre se presenta en solucin en forma de sulfato cprico o

cloruro cprico, ambas formas solubles en soluciones a determinado pH.

El aumento en la presin y en la temperatura favorece el proceso de LX, pero

no es viable econmicamente.

Mayores concentraciones de lixiviante mejora la disolucin de cobre, pero

tambin se incrementan las reacciones parsitas con la ganga, aumentando

las impurezas y encareciendo el proceso hidrometalrgico.


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REACCIONES QUMICAS EN MINERALESOXIDADOS DE COBRE

Principales reacciones de minerales oxidados:


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Los minerales de cobre ms simples de lixiviar son los sulfatos y los

sulfatos bsicos (antlerita y brochantita). La chalcantita puede disolverse

en agua pura sin la necesidad de agregar cido sulfrico.

Los carbonatos como la azurita y la malaquita se disuelven a una alta

velocidad y eficiencia. La tenorita (CuO) presenta caractersticas similares,

sin embargo, el consumo de cido es mayor. La cintica de disolucin de laatacamita (Cu4(OH)6Cl2), es similar a la de los carbonatos, pero aporta

cloro a la solucin de PLS.


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Los silicatos de cobre son menos solubles, llegando incluso a ser

refractarios a la LX. La crisocola es ms lixiviable que la dioptasa

(Cu6(Si6O18)6H2O), pero menos que los carbonatos, sulfatos bsicos o

que la tenorita. La crisocola requiere mayor tiempo de lixiviacin y mayorconcentracin de cido, pero no requiere la presencia de un oxidante.


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La siguiente tabla presenta los valores de pH de equilibrios y las energas

libres estndar de formacin para las reacciones a 25C. La energa libre

de Gibbs (G), es un parmetro termodinmico que mide la espontaneidad

de una reaccin qumica, mientras ms negativo, ms favorable es la

reaccin.


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La cuprita es una excepcin, slo la mitad del cobre contenido entra en solucin quedando el

resto como cobre elemental. Es la reaccin de dismutacin del cobre:

En este caso, es necesaria la presencia de un agente oxidante (in frrico) para completar la

disolucin del cobre elemental.

La reaccin global tiene un G = -25,44 Kcal. La reaccin puede realizarse alternativamente

pulverizando el mineral y suministrando oxgeno.


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En cualquier sistema de LX es inevitable la disolucin de otros elementos o

impurezas, generando soluciones poli-inicas que deben ser purificadas

antes de la precipitacin del cobre como metal o como sal.

Las siguientes reacciones (tenorita, cuprita, antlerita, brochantita,chalcantita) producen sulfato cprico puro y pueden ser precipitadas en

forma directa sin la necesidad de pasar por una etapa de purificacin de

soluciones (SX):


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El principal contaminante en la LX es el Cl- (a concentraciones mayores de

0,3g/L), debido a que corroe el nodo de Pb-Sb-Ag y a su vez el Pb

liberado contamina el ctodo de Cu en EW, afectando su maleabilidad.

El contenido de Fe total es otra de las impurezas dainas en los procesoshidrometalrgicos. Las principales especies de Fe asociadas a minerales

de Cu son la pirita (FeS2), arsenopirita (FeAsS), pirrotita, limonita (Fe3O3),

hematita (Fe2O3)y magnetita (Fe3O4) y tienen la particularidad de ser

insolubles o lentamente solubles en solucin cida, contaminando elproceso.


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QUMICA Y MECANISMOS DE LX DE MINERALESSULFURADOS DE COBRE EN MEDIO Fe+3 / H2SO4

La mayora de los minerales oxidados son solubles en cido, sin embargo,

los minerales sulfurados necesitan un agente oxidante y de condiciones

especiales de pH para producir su disolucin. Estas condiciones se

representan en los diagramas de Pourbaixo diagramas de tensin-pH.

En otras palabras, para disolver el cobre se necesita elevar su ptencial de

oxidacin a travs de un oxidante como el in frrico y disminuir el pH por

medio del cido sulfrico. La reacciones generales son las siguientes:


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Diagrama de Pourbaix para el

sistema CuH2OO2SCO2


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El potencial de oxidacin para la semirreaccin:

La ecuacin de Nerst para el hierro permite calcular el potencial de

reduccin fuera de las condiciones ideales de 25 y 1 atm de presin.


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De acuerdo al diagrama de Pourbaix, para la disolucin del cobre en Cu+2, debe agregarse in

frrico y llevar la solucin a un potencial mnimo de 0,4V

Es decir, soluciones que contengan una parte de in frrico por un milln de partes de in

ferroso, tendran un potencial un poco ms alto que 0,4V y seran capaz de disolver el cobre

presente en dichas soluciones sulfuradas.

La adicin de Fe+3 se realiza mediante el sulfato frrico (Fe2(SO4)3) que es fcilmente soluble en

agua fra, disolvindose hasta 60-70 gramos por litro de agua.


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Se desea lixiviar un mineral sulfurado de

cobre, para lo cul se cuenta con una

solucin de H2SO4 y otra Fe2(SO4)3.

Determine la mnima concentracin de

sulfato frrico y de cido para que la

reaccin de lixiviacin se realice

considerando que por anlisis qumico se

determin una concentracin de 0,7g/L

de Fe+2

. Calcule el hierro total.

EJERCICIO


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EJERCICIO / TAREA


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Se desea lixiviar un mineral sulfurado de

cobre, para lo cul se cuenta con una

solucin de H2SO4 y otra Fe2(SO4)3.

Determine la concentracin de sulfato

frrico y cido para que la reaccin de

lixiviacin se realice con un potencial de

0,8V considerando que por anlisis

qumico se determin una concentracin

de 0,5g/L de Fe+2

. Determine el hierrototal.

TAREA


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Para realizar una lixiviacin en minerales sulfurados, por ejemplo en sulfuro de

cobre, se necesitan agentes oxidantes como el Fe+3 debido a que el cido sulfrico

no disuelve al CuS, sin embargo, es necesaria su presencia para evitar la

precipitacin del Fe+3 como Fe(OH)3.

CONTROL QUMICO

Los sulfuros son semiconductores y transportan electrones.

CONTROL DIFUSIONAL

Los electrones no difunden al exterior debido a que el S no

es conductor. La capa de S se hace cada vez ms gruesa,

enlenteciendo el proceso.

REACCIONES POR ACCINBACTERIANA


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Las bacterias usadas en la biolixiviacin, permiten reducir la capa de S al

oxidarlo a cido sulfrico, lo que acelera el proceso de disolucin de cobre

y reduce costos, adems de utilizar el hierro como fuente de energa al

oxidarlo de Fe+2 a Fe+3.

De acuerdo a lo anterior, la biolixiviacin puede definirse como un

proceso b ac t er ian o d e d i so l u ci n d e m i n er ales , q u e t ien e c o m o

propsi to oxi dar mi neral es sul furados para obtener metales.

El producto final es una solucin cida de metal soluble.



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Las bacterias utilizadas son organismos quimiolitoautotrficos que

viven en condiciones extremas (pH cido, altas concentraciones de

metales, condiciones normales en los minerales) y que utilizan la

oxidacin del azufre para generar todos los requerimientos de la

clula, aprovechando esta actividad metablica para solubilizar cobre.

Acidithiobacillus ferrooxidans Thiobacillus ferrooxidans



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El Acidithiobacillus ferrooxidans, es un bacilo que utiliza como fuente de

alimento dos impurezas del mineral covelita (CuS):

- Azufre:

- Hierro:

El cido sulfrico mantiene los niveles de pH favorable para la bacteria



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LIXIVIACIN INDIRECTA

Se realiza con Fe2(SO4)3en ausencia de oxgeno y es responsable de la disolucin

o lixiviacin de varios minerales sulfurados de importancia econmica. Depende de

la regeneracin de sulfato frrico (2).

REACCIONES



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LIXIVIACIN DIRECTA:

Las bacterias ferrooxidantes tambin pueden lixiviar sulfuros metlicos directamente, sin la

participacin del sulfato frrico producido biolgicamente. El proceso se describe en la siguiente

reaccin, donde M representa un metal bivalente:

REACCIONES

Dado que el hierro siempre est presente en ambientes de lixiviacin natural, es posible que

tanto la lixiviacin indirecta como la directa ocurran de manera simultnea.



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El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las

bacterias juega un papel importante dentro del proceso de lixiviacin bacteriana:

- Oxgeno y CO2: La disponibilidad de oxgeno es un factor que controla la extraccinde metales por bacterias. El dixido de carbono es utilizado como fuente de carbono

para la fabricacin de su arquitectura celular.

- Nutrientes: Los T. ferrooxidans requieren amonio, fosfato, azufre, iones metlicos(como Mg+2), etc.



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El proceso de aglomeracin tiene como objetivo preparar el material mineralizado

para la lixiviacin, garantizando la buena permeabilidad de la solucin. Se logra

mediante la adhesin de partculas finas a gruesas.

Con proporciones de un 10% - 20% de materiales finos (granulometras menores

a 100150 micrones (0,1mm)), existe riesgo de mala permeabilidad.

AGLOMERACIN


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Sin Aglomerar Aglomerada

Zona Muerta

AGLOMERACIN


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La velocidad crtica de giro de un tambor aglomerador, viene dada por:

Donde ces la velocidad crtica en rpm y D corresponde al dimetro del tambor en metros.

Los criterios de diseo para el dimensionamiento de un tambor rotatorio son:

Tiempo de residencia necesario que el mineral debe permanecer en el tambor.

Inclinacin del tambor.

Velocidad de giro operacional.

Capacidad de tratamiento.

AGLOMERACIN


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Experimentalmente se ha encontrado la siguiente relacin para

conocer la capacidad (ton/h) de un tambor aglomerador:

Es importante considerar que la velocidad de operacin de un

tambor aglomerador debe ser de un 30% de la velocidad crticade rotacin y que el dimetro debe estar en pies (1pie =

0,3048m).

AGLOMERACIN


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AGLOMERACIN


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Determine la capacidad de procesamiento y la velocidad de

operacin de un tambor aglomerador de 1m de radio.


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BIBLIOGRAFA

- Antonio Ballester.Metalurgia Extractiva. Tomo 1 y 2

- Portal Minero.ManualGeneral de Minera y Metalurgia

- Portal Minero.Guade Ingeniera en OperacionesMinerasTomo 1 y 2

- Esteban Domic.Hidrometalurgia

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