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CCOONNCCEEPPTTOOSS TTEEOORRIICCOOSS YY OOPPEERRAACCIIOONNAALLEESS

LIXIVIACION EN PILAS EXTRACCION POR SOLVENTE

ELECTROOBTENCION

Preparado por: Juan C. Fuentes G. Operador Planta LIX/SX/EW

2004

ISO 14000

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INTRODUCCION

Este libro tiene como finalidad reforzar conocimientos y adquirir detalles de

situaciones operacionales que a diario se dan, o interrogantes que nos planteamos con respecto a qu hacer en diferentes situaciones o contingencias operacionales en el proceso hidrometalrgico de LIX/SX/EW.

La informacin que aqu se encuentra es un resumen de libros relacionados

a este tema, manuales de operacin, folletos, instructivos y experiencia personal, enfocada a explicar desde un punto de vista sencillo, fcil de entender y poder desarrollar, como una manera de complementar ms y de mejor manera la metalurgia e ingeniera con la operacin en s misma, es decir, est destinado como complemento de los programas de capacitacin de los operadores planta.

La experiencia personal reflejada en este libro fue adquirida en plantas

hidrometalrgicas de proceso y tratamiento de minerales oxidados. Se menciona la operacin de plantas totalmente manuales, como semi automatizadas, lo que implica una diversidad de equipos, de diferentes envergaduras y capacidades, cuyo propsito final es el mismo: Obtener cobre de la mejor calidad, a un bajo costo, cuidando la integridad fsica de las personas y el respeto por el medio ambiente.

Finalmente este trabajo tambin tiene como objetivo agradecer y retribuir a

todas las personas y empresas en las cuales he trabajado y que invirtieron parte de su tiempo y recursos en capacitarme y formarme como operador de planta de procesos hidrometalrgicos, de las cuales siempre estar agradecido.

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CONCEPTOS GENERALES

El tomo es una parte pequea e indivisible de toda materia, data de la Grecia clsica. Lucrecio describe as los tomos y aade que tienen propiedades variadas, de las cuales depende la materia.

La atomstica cay rpidamente en el olvido al ser rechazada por Platn y Aristteles, que siguieron la teora de Enpdocles sobre los cuatro elementos (fuego, aire, agua, tierra, a los que Aristteles aadi el ter).Sigue un largo periodo que alcanza los siglos XVII, XVIII en que la investigacin qumica se rode de misterios y busc la piedra filosofal.

Las primeras evidencias de la teora atmica se deben a Lovoisier y Proust. Es Jhon Dalton, sin embargo, quien a principios del siglo XIX sienta las bases de la moderna teora sobre el tomo. Sus trabajos sobre la composicin de los gases le condujeron a formular en 1804, la ley de las proporciones mltiples y constantes: Los elementos qumicos se combinan siempre en proporciones bien definidas o en mltiples enteros de ellas. Dalton di a la ley una orientacin decisiva asignando a los tomos de los diferentes elementos qumicos determinados pesos atmicos de los elementos, de los que Dalton public, a partir de 1805, la primera tabla.

Los tomos de un elemento se pueden combinar con los de otros para formar la unidad ms pequea de un cuerpo compuesto, llamada molcula, que, a su vez, se une con otras para formar los propios cuerpos compuestos.

A lo largo del tiempo, estas nociones de tomo y molcula no han dejado de precisarse y concretarse. La clasificacin peridica de los elementos de Mendeleiev (1869) vino a coronar los esfuerzos de los qumicos y anunciar que todo el universo puede solo estar formado por un centenar de tomos diferentes. Sin embargo, el estudio de las radiaciones emitidas por los cuerpos radioactivos no tard en imponer la idea de la complejidad de la estructura del tomo y su peso, pues hasta el siglo XIX solo se supona que pesaba muy poco.

Actualmente se sabe que el tomo est constituido por un determinado nmero de partculas elementales, fundamentalmente protones, electrones, y neutrones, y que es elctricamente neutro. Se distinguen en l dos partes principales: El ncleo, que contiene los protones y los neutrones, representa el 99,9% de la masa del tomo y contiene toda su carga positiva, y los electrones muy alejados del ncleo, que neutralizan la carga nuclear y son los responsables de sus propiedades qumicas.

En las reacciones, los tomos prcticamente no cambian, excepto en sus electrones ms exteriores, tal como sucede en la ionizacin y el enlace qumico. Algunas especies atmicas se desintegran a consecuencia de cambios en el ncleo, convirtindose en radiactiva. Los tomos ms pesados e inestables se encienden por bombardeo con partculas altamente energticas, liberando una tremenda energa.

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INDICE

Pg. 2 : Introduccin. Pg. 4 : Captulo N1, Conceptos tericos y operacionales de aglomeracin

y lixiviacin en pilas. Pg. 7 : Aglomeracin. Pg. 13 : Lixiviacin Bacterial. Pg. 15 : Mtodos de Lixiviacin. Pg. 20 : Mineralizacin MET. Pg. 26 : Definicin de pH. Pg. 30 : Emisor de goteo a presin. Pg. 31 : Captulo N2, Conceptos tericos y operacionales de extraccin

por solvente. Pg. 33 : Definicin de SX. Pg. 35 : Operacin Planta de SX. Conceptos Operacionales. Pg. 38 : Balance de materiales. Pg. 39 : Controles Operacionales en SX. Pg. 46 : Fundamentos Tericos. Pg. 49 : Caractersticas del proceso de SX. Pg. 55 : Manejo de borras y tratamiento de orgnico. Pg. 66 : Control de Proceso. Pg.72 : Extraccin por solventes MET. Pg. 88 : Anlisis y control de calidad de la solucin orgnica. Pg. 94 : Captulo N3, Conceptos tericos y operacionales de

Electroobtencin. Pg. 95 : Definicin de Electroobtencin. Pg. 96 : Conceptos tericos bsicos de electroobtencin de cobre.

Definiciones y electrometalurgia. Pg. 97 : Celda Electroqumica. Pg. 99 :Ley de Faraday. Pg. 103 : Variables de electroobtencin. Pg. 107 : Controles operacionales en electroobtencin. Pg. 111 : Electroqumica. Pg. 118 : Manejo de electrodos en servicio. Pg. 141 : Electroobtencin MET. Pg. 152 : Reduccin de los potenciales de oxidacin. Pg. 154 : Importancia de la adicin de chatarra de cobre en las torres

reductoras. Pg. 159 : Glosario. Pg. 167 : Lazos de Control. Pg. 172 : Frmulas geomtricas bsicas. Pg. 174 : Unidades de medicin.

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CCOONNCCEEPPTTOOSS TTEEOORRIICCOOSS YY OOPPEERRAACCIIOONNAALLEESS DDEE

AAGGLLOOMMEERRAACCIIOONN YY LLIIXXIIVVIIAACCIIOONN EENN PPIILLAASS

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PROCESOS DE SINTESIS METALURGICA

Pirometalurgia: Proceso en el cual la especie de inters se obtiene por la aplicacin de alta temperatura.

Ejemplo: La obtencin de aceros a partir de concentrados de Fe (altos hornos).

Hidrometalurgia: Proceso en el cual la especie de inters es disuelta en

agua con un solvente qumico apropiado para producir la reaccin qumica de disolucin.

Ejemplo: La disolucin de cobre en solucin de cido sulfrico. La disolucin de plata en solucin de cianuro. La disolucin de nquel en solucin de amoniaco. Electrometalurgia: Proceso en el cual la obtencin de la especie de

inters, a partir de una solucin que contiene iones de la especie, es mediante la aplicacin de corriente elctrica.

Ejemplo: La obtencin de aluminio en solucin cida. La obtencin de cobre a partir de electrolito cprico.

TIPOS DE REACCIONES

Las reacciones entre especies pueden ser clasificadas como: a) Reacciones qumicas. b) Reacciones electroqumicas.

a) En las reacciones qumicas participan un oxidante y un reductor. Ejemplo: Ag+ + Cl- AgCl

b) En la reaccin electroqumica, ocurren dos reacciones distintas simultneas, una de ellas es de oxidacin y otra es de reduccin.

Ejemplo: Zn + 2H+ === Zn++ + H2 Zn === Zn+2 + 2e- Oxidacin 2H+ + 2e- === H2 Reduccin Oxidacin: Es un trmino usado para describir una reaccin en la cual hay

una prdida de electrones. Ejemplo: Fe+2 === Fe+3 + e- (ferroso a frrico). Reduccin: Es un trmino usado para describir una reaccin en donde hay

una ganancia de electrones. Ejemplo: Cu+2 + 2e- === Cu0 Catin tiene carga positiva : Cu+2; H+, Fe+3, Zn+2. Anin tiene carga negativa : Cl-, OH-, CN-.

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La hidrometalurgia, es la rama de la metalurgia extractiva que comprende los procesos de obtencin de metales o compuestos a partir de minerales o fuentes secundarias, mediante reacciones que tienen lugar en soluciones acuosas u orgnicas.

La hidrometalurgia tiene por objeto poner en solucin acuosa las especies valorables contenidas en una mena, en un concentrado, o bien un material secundario para su posterior recuperacin, desde la solucin, como un producto de valor comercial.

Considerando que la puesta en lixiviacin no es selectiva ni completa, las soluciones son impuras y a veces, de concentraciones insuficientes a los procesos de recuperacin del metal, entonces se hace necesario una etapa adicional de purificacin y concentracin de la solucin.

La lixiviacin es un proceso de la hidrometalurgia que se encarga de disolver, total o parcialmente un metal de inters.

Lixiviar, es tratar una sustancia compleja por el disolvente adecuado para obtener la parte soluble de ella.

El mineral toma contacto por primera vez con el cido sulfrico en los tambores de curado. La solucin de cido y agua agregada a los tambores cura, en forma parcial, las partculas de mineral y tambin desencadena el proceso de lixiviacin. El cido sulfrico que se agrega al tambor de curado tambin comienza a atacar a los minerales de cobre en el mineral. El resultado de este ataque es la disolucin de parte del cobre en su forma cprica (Cu++). En esta forma el cobre se disuelve fcilmente.

La lixiviacin en pilas corresponde a una tcnica de lixiviacin percolante donde la solucin se desplaza a travs de un lecho de partculas slidas, previamente acondicionadas y sin inundarla, a objeto de poner en solucin especies valorables.

Es de inters conocer el contenido de cobre total, cobre soluble, fierro total y azufre total. La identificacin de las especies minerales tiles y las de la ganga son de inters para definir las condiciones de lixiviacin, pretratamiento, tipo de solucin lixiviante y presencia de impurezas en las soluciones finales.

En el campo de la hidrometalurgia encontramos varios procesos de lixiviacin:

Lixiviacin por agitacin. Lixiviacin por percolacin en bateas. Lixiviacin en pilas. Lixiviacin en botaderos. Lixiviacin in-situ. Minera El Tesoro, para el beneficio de sus minerales de cobre oxidado

utilizar el proceso de lixiviacin en pilas.

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AGLOMERACION

CONCEPTOS GENERALES

En general podemos decir que el principal objetivo de un proceso hidrometalrgico es la disolucin parcial o total de la especie metlica a beneficiar, usando reactivos qumicos y/o accin bacterial.

El proceso de lixiviacin en pila constituye en la actualidad la alternativa ms eficiente y rentable para el tratamiento de minerales oxidados de cobre. Extendindose su uso a la lixiviacin de minerales sulfurados de cobre mediante el empleo de agentes oxidantes y actividad bacteriana.

Un proceso de lixiviacin en pila contempla una serie de operaciones que las podemos clasificar en:

Preparacin fsica del mineral:

Reduccin de las partculas a un cierto tamao (distribucin granulomtrica) predeterminado.

Aglomeracin y preparacin qumica:

Aglomerar y atacar qumicamente el mineral mediante la adicin de agua y cido, respectivamente, en un tambor de curado.

Apilamiento:

Cargar el mineral aglomerado para formar una pila de lixiviacin.

Lixiviacin del mineral apilado: Irrigar la pila formada con solucin lixiviante mediante goteo o aspersin, la

cual percola a travs del lecho de mineral aglomerado y apilado, permitiendo la disolucin y extraccin de cobre contenido en el mineral hacia la solucin.

La diferencia fundamental entre la lixiviacin en pila y los procesos de lixiviacin convencionales (agitacin y bateas) se encuentra en el uso combinado de las etapas de aglomeracin y lixiviacin no inundada.

Para el caso de las especies oxidadas de cobre, el reactivo de lixiviacin de uso ms comn es el cido sulfrico, H2SO4, dado su costo, disponibilidad y buena selectividad respecto de la ganga reactiva (todo aquel elemento contenido en el mineral y que no sea la especie que se quiere beneficiar), salvo si se cuenta con la presencia de carbonatos.

En la lixiviacin en pila, la solucin de lixiviacin requiere de

concentraciones de cido bajas, lo que eventualmente podra representar una

La Hidrometalurgia es la rama de la Metalurgia Extractiva que comprende los procesos de extraccin y produccin de metales y sales desde minerales mediante la accin de un agente lixiviante contenido en una solucin acuosa.

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desventaja si sabemos que en el inicio de la cintica de extraccin la etapa controlante es la reaccin qumica del cobre de la superficie de las partculas, y en la medida que la reaccin avanza pasa a tener mayor importancia la difusin en el slido. Esta posible desventaja es eliminada en el proceso de lixiviacin en pila gracias a la operacin preliminar del curado cido.

El proceso de lixiviacin en pila mediante lecho no inundado es un proceso recientemente estudiado que ha permitido el tratamiento de yacimientos de cobre de baja ley que mediante los procesos convencionales no era posible de explotar.

La principal ventaja de la lixiviacin en pila de lecho no inundado es que el lquido lixiviante es esparcido en la superficie del lecho a un flujo suficientemente bajo, permitiendo que la solucin drene libremente, por la accin de la gravedad, sin llenar los intersticios formados por las partculas aglomeradas, permitiendo de esta forma la presencia de una capa gaseosa, principalmente aire, que ocupa el espacio vaco que dejan las partculas de mineral y el lquido que las rodea.

Las consecuencias positivas que trae la presencia de esta capa de aire son:

La capa gaseosa provee un medio de escape natural para aquellos gases que se generan por la lixiviacin de carbonatos, evitando de esta forma la formacin de burbujas en el seno del lecho (resistencia adicional a los mecanismos de una reaccin y perturbaciones en el lecho que se traducen finalmente en prdidas de permeabilidad y de homogeneidad). La presencia de oxgeno, elemento reactante necesario para la lixiviacin de algunos minerales sulfurados (primer cobre de la calcocina).

AGLOMERACION

La etapa de aglomeracin es una operacin combinada que involucra un

aspecto fsico, que corresponde a la aglomeracin de las partculas por medio de puentes lquidos y fuerzas capilares, y un aspecto qumica, como es el ataque del mineral por cido sulfrico concentrado.

En la etapa fsica, se produce la aglomeracin de las partculas mediante puentes lquidos proporcionados por la adicin de agua, formndose una estructura porosa y altamente permeable.

Dichos puentes lquidos son tambin aprovechados por la etapa qumica o curado como medio de difusin, donde el cobre presente en la superficie de las partculas es solubilizado con cido sulfrico concentrado en una reaccin extremadamente rpida. Este cobre, as como los otros cationes metlicos (ganga reactiva) solubilizados, es posteriormente extrado mediante transferencia de masa en la primera etapa de la lixiviacin.

La aglomeracin de las partculas permiten formar un lecho con una cierta estructura granular, la cual queda definida en la operacin de aglomeracin. En esta etapa el mineral chancado se pone en contacto con agua en un tambor

Es la adherencia de las partculas ms pequeas a las de mayor tamao mediante enlaces con la fase lquida.

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aglomerador para producir la unin entre las partculas pequeas y las ms gruesas, mediante enlaces con la fase lquida.

La teora de aglomeracin de mayor importancia, sin excluir la posibilidad

de que coexistan otros mecanismos, que explican los mecanismos de cohesin de un aglomerado son las fuerzas interfaciales y las presiones negativas desarrolladas en superficies cncavas (estado capilares).

Si el espacio vaco existente entre las partculas aglomeradas se encuentra parcialmente lleno de lquido, las partculas se encuentran unidas gracias a que son mojadas por el lquido y las fuerzas de enlace se deben a las tensiones interfaciales en las superficies lquido-gas.

Si por el contrario, el espacio vaco entre las partculas se encuentra lleno de lquido, las fuerzas que mantienen unidas a las partculas dentro de un aglomerado son las presiones negativas que se desarrollan a travs de las superficies cncavas formadas por el lquido que rodea a las partculas.

PARTICULA SOLIDA

SOLUCION LIXIVIANTE

CAPA GASEOSA

ACIDO

AGUA Y/O REFINO

MINERAL

AGLOMERADO

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Si la cantidad de agua adicionada sobrepasa un valor crtico, las superficies cncavas del estado capilar se transforman en convexas y las presiones se hacen positivas, desapareciendo las fuerzas de unin entre las partculas destruyndose el aglomerado y formndose una suspensin slido lquido (sopeo), y en caso contrario si la humedad del aglomerado es muy baja, el aglomerado puede disgregarse fcilmente, generando zonas de estanco durante la lixiviacin, aumentando crticamente los niveles freticos dentro del lecho.

La variacin de la cantidad de cido adicionada tiene relacin directa con los porcentajes de sulfatacin (cobre disuelto) del cobre superficial contenido en las partculas y el control de la ganga reactiva.

Las cantidades de agua y cido son parmetros prefijados en funcin de las caractersticas propias de cada mineral a tratar y deben ser determinados experimentalmente en funcin de la optimizacin de la hidrodinmica de los lechos y el reacondicionamiento de las propiedades qumicas de la ganga (en funcin del cobre superficial disuelto).

Los principales parmetros operacionales de la etapa de aglomeracin son:

Capacidad depsito alimentacin tambores. N alimentadores de correa a tambores. Capacidad correa alimentadores. N de tambores aglomeradores. Dimetro tambor aglomerador. Largo tambor aglomerador. Tiempo retencin de tambores. Adicin de cido sulfrico. Adicin de agua.

Un buen resultado en la etapa de lixiviacin requiere considerar los

siguientes aspectos operacionales:

Trabajar al mximo de la capacidad los tambores aglomeradores: Con lo cual se optimiza el tiempo de residencia, la homogenizacin y el

ngulo de llenado.

La cantidad de agua y cido adicionados en la etapa de aglomeracin, son parmetros crticos que deben ser cuidadosamente controlados.

La optimizacin de las cinticas de recuperacin de cobre parte bsicamente por la calidad del aglomerado y la percolabilidad de la pila.

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Humedad del aglomerado: Como ya se vio anteriormente, la humedad del aglomerado tiene una

influencia directa en la calidad del glomero formado y en el grado de sulfatacin logrado. Estudios realizados al respecto mostraron una ganancia del 7% en los niveles de sulfatacin al aumentar la dosis de agua de 40 a 80 kg por tonelada.

Se debe tener siempre presente que la humedad es el puente de unin entre las partculas aglomeradas y es el medio de difusin del reactivo cido. Por lo cual siempre recuerde que:

Nivel del silo: Estudios efectuados han detectado que la altura de mineral en el silo tiene

relacin directa con la segregacin del producto entregado, lo que va en desmedro de la calidad del aglomerado obtenido. Por lo cual se debe tener siempre en cuenta que:

Curva de distribucin granulomtrica: Anlisis de los resultados de recuperacin de cobre obtenidos de los

mdulos descargados, nos muestran que para granulometras con un p80 mayor que 14 mm (incremento de la fraccin gruesa) la recuperacin de cobre total es de aproximadamente un 3% menor que granulometras con p80 menor a 11 mm.

Un incremento en los niveles de finos por sobre 15% (- # 100) la recuperacin de cobre se ve afectado no por un mecanismo cintico sino por un impacto directo en la permeabilidad del lecho a lixiviar.

Frente de apilamiento:

Es de vital importancia considerar el impacto negativo que tiene en la

recuperacin una superficie de apilamiento dispareja (desniveles, montculos), no por un efecto cintico sino por generar las condiciones operacionales adecuadas para la canalizacin de las soluciones de lixiviacin, agudizndose la problemtica si el sistema de riego es por goteo.

En el proceso de aglomeracin se debe operar con la mayor cantidad de humedad posible para optimizar los niveles de sulfatacin en la etapa de ataque qumico y asegurar una distribucin uniforme de la solucin de lixiviacin en el rea transversal de la pila.

Al operar el silo en un nivel de aproximadamente 70%, disminuir ostensiblemente el efecto de la segregacin, y mejorar la calidad del glomero obtenido.

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Manejo del aglomerado: Un manejo inadecuado del aglomerado necesariamente va asociado con un

deterioro del glomero, afectando directamente a la permeabilidad de la pila. Principalmente la superficie de la pila, la cual se encuentra sometida a un trajn intenso producto del armado de la malla de riego.

El cuidado del aglomerado en la superficie de la pila, y el buen manejo de ste, son prcticas operacionales que nos permitirn asegurar una percolabilidad adecuada y una distribucin uniforme de la solucin de lixiviacin en el lecho de lixiviacin.

SILO

TAMBOR AGLOMERADOR

PILA LIXIVIACION

ACIDO AGUA Y/O REFINO

MINERAL

AGLOMERADO

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LIXIVIACION BACTERIAL

Se ha encontrado que hay bacterias que viven naturalmente en los minerales de Cu y que transforman los sulfuros a sulfatos (S ==== SO4). Esta accin de las bacterias puede ser directa, en presencia de H2O y O2, o puede ser indirecta, ya que estas bacterias generan H2SO4 y oxidan el sulfato ferroso a sulfato frrico,que como se ha visto ambos son agentes lixiviantes para el cobre soluble y algunas especies sulfuradas.

SO4 +2, Fe2 (SO4), Fe SO4 Fe+2 sulfato frrico

Existe una serie de efectos fsicos y qumicos que influyen en el crecimiento de la materia, dentro de los cuales se puede destacar los siguientes: A. Efecto del pH: Se indica en la literatura que el rango adecuado para una buena accin del Thiobacillus Ferrooxidans, es a pH entre 2 y 3. El control del pH en el sistema es fundamental para evitar la precipitacin de compuestos en la masa mineral. El mayor problema encontrado en las operaciones de lixiviacin es la precipitacin de sales de hierro en las tuberas, superficies o interior de la pila mineral. Estas sales precipitan de la solucin cuando el pH es mayor que 3.

Formacin de la Jarosita Fe2 (SO4)3 + 6 H2O 2 Fe (OH)3 + 3 H2SO4

3 Fe2 (SO4)3 + 12 H2O 2 H Fe3 (SO4)2 + (OH)6 + 5 H2SO4

Jarosita de Hidrgeno B. Efecto de una buena aireacin: Las bacterias necesitan O2, tanto para actuar, directamente en la oxidacin de los sulfuros como para oxidar el ion ferroso a ion frrico y para generar H2SO4. Es recomendable una buena aireacin de las pilas, y esto se consigue evitando inundaciones y dejando reposar entre ciclo y ciclo de lixiviacin un perodo de reposo, que tambin es til para que se produzcan cristalizaciones sobre el exterior de las partculas de mineral. Durante el reposo, el mineral se seca externamente, las soluciones cidas migran por espiralidad con florecimiento de cristales en la superficie de las partculas. Del aire las bacterias tambin obtienen el oxgeno que usan para multiplicarse y el N2 que usan como nutriente. C. Efecto de la temperatura: Hay temperaturas ptimas para las bacterias que est en el rango de 30-35 C. Si se est en una zona extremadamente fra, aumentando el tamao de las pilas, se aumenta la aislacin con respecto al medio ambiente y el calor generado por las reacciones de oxidacin permanecer en el mineral incrementndose la actividad bacterial.

Muchas son las especies de bacterias, entre las que podemos mencionar estn: Thiobacillus Thiooxidans Thiobacillus Ferrooxidans

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Thiobacillus Concretinerus Thiobacillus Neopolitanos

Estas bacterias son capaces de obtener su energa por su oxidacin de iones ferrosos presentes en soluciones cidas, produciendo soluciones Fe2 (SO4)3.

El Fe2 (SO4)3 as formado puede atacar muchos sulfuros metlicos, disolviendo el metal por oxidacin del sulfuro, luego siendo reducido por s mismo a sulfato ferroso (Fe SO4), completndose as un ciclo cerrado redox ferroso-frrico.

La oxidacin qumica del Fe que es el que mayoritariamente se genera en la lixiviacin de especies de Fe es extremadamente lenta, y ocurre as segn la ecuacin siguiente:

2 Fe SO4 + O2 + H2SO4 ==== Fe2 (SO4)3 + H2O

Si hay presencia de (Thiobacillus Ferrooxidans), la reaccin ocurre segn la misma esquiometra de la ecuacin anterior.

Se ha postulado que de la accin directa del Thiobacillus Ferrooxidans (TF) se puede lixiviar los sulfuros segn las siguientes ecuaciones:

CALCOSINA

Cu2 S + O2 + H2SO4 === Cu SO4 + Cu S + H2O COVELITA

Cu S + 2 O2 === Cu SO4

CALCOPIRITA 2 Cu Fe S2 + 17/2 O2 + H2SO4 === Cu SO4 + Fe2 (SO4)3 + H2O

BORNITA 6 Cu5 Fe S4 + 57/3 O2 + 15 H2SO4 === 30 Cu SO4 + 15 H2O + 3 Fe2 (SO4)3

PIRITA

Fe S2 + 4 O2 + H2O === Fe SO4 + H2SO4

Las bacterias podran estar actuando directamente en la transferencia de electrones, en un tipo de reaccin bioelectroqumica y ello explicara la posibilidad de oxidar sulfuros en tiempos compatibles con procesos productivos. Al oxidar el sulfuro produce H2SO4 disminuyendo el consumo de este importante insumo.

2 S + 3 O2 + 2 H2O === 2 H2SO4

Finalmente la hidrlisis del fierro+3 tambin puede generar H2SO4, segn la ecuacin siguiente:

Fe+3 + H2O Fe (OH)3 + 3 H+

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En general la lixiviacin bacterial contribuye a mejorar la cintica de extraccin y puede bajar considerablemente el consumo total de H+, ayudando de este modo a mejorar la economa de los procesos.

METODOS DE LIXIVIACION

Estudio metalrgico: Es necesario verificar el comportamiento metalrgico de la mena, mediante pruebas de laboratorio, con el objeto de clarificar el proceso metalrgico completo. Objetivo: Buscar un sistema lixiviante que permita: Mejores recuperaciones. Consumos de reactivos, los ms bajos. Costos asociados a las diversas etapas, los ms bajos.

MINERAL

LIXIVIACION EN PILAS

CHANCADO LIXIVIACION EN

BOTADEROS

CON COSTOS SIN COSTOS

MINERIA Y TRANSPORTE

LIXIVIACION IN SITU

MOLIENDA LIXIVIACION POR PERCOLACION

SOLUCION RICA

LIXIVIACION POR

AGITACION

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Es de inters evaluar: La granulometra, con relacin a la recuperacin, a la cintica y a la percolabilidad del lecho. Consumo de reactivo, con relacin a la recuperacin y concentracin de cido en las soluciones lixiviantes. Efecto del curado y aglomerado sobre la cintica, el consumo de cido y su efecto sobre la ganga silcea y la recuperacin global del proceso.

Con el objeto de mantener:

Curvas cinticas de recuperacin y consumo de cido. Concentracin de las especies en las soluciones obtenidas. Influencia de la altura de la pila. Posibilidades de ajustar las concentraciones a los requerimientos del proceso siguiente. Influencia de las recirculaciones en las pilas y de las soluciones tratadas en la planta de recuperacin de las especies tiles. pH de trabajo. Control de impurezas y manejo de los descartes y ripios.

ETAPAS DE LA LIXIVIACION

Reduccin de tamao. Curado y aglomeracin. Apilamiento. Lixiviacin con irrigacin.

Objetivo de la reduccin de tamao:

Obtener una granulometra adecuada para la lixiviacin (% - 100 mallas < 10%, curva adecuada con suficiente cantidad de partculas de tamao intermedio para que adhieran los finos). Menor costo en reduccin, al tener un buen rendimiento Kw - h/TMS en primeras etapas, y facilitar el rendimiento de las etapas siguientes.

Objetivos del curado y la aglomeracin:

Adherir las partculas finas a los gruesos para uniformizar los tamaos de partculas. Mejorar la permeabilidad del lecho y uniformizarla. Fracturar qumicamente la roca matriz, que permite crear y mejorar vas de ataque qumico y penetracin. Transformar las distintas especies de cobre oxidado en sulfato de cobre, que es soluble en agua.

La granulometra influye sobre: La tasa de riego. La cintica de extraccin.

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El consumo de cido. Este parmetro se estudia en laboratorio y en planta piloto, generalmente

se realizan pruebas a diferentes granulometras, que deben ser igual al que entrega la planta de chancado de la Planta.

Apilamiento:

Depositar uniformemente el mineral aglomerado sobre las canchas de lixiviacin considerando parmetros como:

Altura de apilamiento. Superficie uniforme. Ancho y largo del mdulo. Lixiviacin con irrigacin:

Irrigacin del lecho apilado mediante goteros o aspersores con una solucin de cido sulfrico diludo (refino).

ASPECTOS DE CONCEPTOS RELEVANTES DE LIXIVIACION EN PILAS

a) Curado cido: El objetivo es la transformacin de las especies minerales slidas en sulfatos solubles bajo la reaccin del cido concentrado en el mineral. El mineral debe contener una humedad previa que facilite el contacto cido - mineral, al mejorar los procesos difusivos del cido hacia el interior de la partcula, la reaccin del agua con el cido genera calor, aumentando las cinticas de las reacciones qumicas de transformacin, que tambin generan calor. Por otra parte, la presencia de humedad facilitar la cohesin entre partculas para formar el aglomerado.

b) Funcin de: Agua : Dar una humedad adecuada al aglomerado para que el

cido se difunda sobre el mineral y para que los finos se adhieran a los gruesos.

Acido : Atacar qumicamente el cobre oxidado para transformarlo en cobre sulfatado.

Aglomerante : Dar mayor consistencia al aglomerado. Surfactante : Acelerar la difusin del cido sobre las partculas al

disminuir la tensin superficial del agua.

c) Tasa de riego: Forma de expresar el caudal de solucin que debe pasar por unidad de superficie de la pila (superficie media de riego).

mts3 / hora / mt2

d) Ciclos de reposo y regado: Cuando se tratan menas sulfuradas en la pila, se trabaja en ciclos alternados de riego y drenaje permitiendo la aireacin de este y mejorar las condiciones oxidantes requeridas.

e) Acido sulfrico (H2SO4): Es el ms utilizado dada su:

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Disponibilidad y costo. Facilidad para ser almacenado y transportado dado que no es corrosivo cuando se encuentra concentrado. Manejo sencillo (no es voltil). En medio sulfrico diludo el Cu puede ser recuperado sin problemas por electroobtencin. Las tcnicas de purificacin y concentracin no presentan problemas. Es posible regenerar el cido durante la electroobtencin.

f) Altura de la pila: Consideraciones de tipo cintico: soluciones ms concentradas en cido y ms pobres en cobre. Consideraciones de tipo fsico: mejor permeabilidad del lecho, por lo tanto menos expuestas a problemas de canalizaciones o malos drenajes que provocan inundaciones, o a la formacin de niveles freticos (aguas acumuladas en el subsuelo sobre una capa impermeable), cuando esto ocurre en el fondo de la pila, van generando las condiciones para que las recuperaciones sean mejores en los sectores superiores de la pila con relacin a los sectores ms bajos. Esta diferencia tiende a ser ms pronunciada mientras ms alta sea la pila.

La carencia de espacio fsico para construir la pila, la necesidad de lixiviar ripios de baja ley, requerimientos de soluciones de mayor concentracin en cobre, favorece tener pilas de mayor altura.

Por lo tanto, se requiere definir esta variable sobre la base del comportamiento del lecho mineral con relacin a la compactacin, sobre todo en la parte inferior de la pila y su influencia sobre la percolabilidad del lecho en funcin de tiempo de lixiviacin.

g) Tipos de pila: Una primera clasificacin define dos tipos bsicos de sistema de lixiviacin: Pila permanente: Al trmino de la lixiviacin los ripios no se retiran de la

pila, quedan en la pila, diremos que el piso es desechable. Pila renovable : Al trmino de la lixiviacin los ripios son retirados de la pila

y reemplazados por mena fresca, diremos que el piso es reutilizable.

Su eleccin estar basada en el comportamiento metalrgico del material y los costos de manipulacin de este. En resumen: basada en fundamentos econmicos.

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CUADRO COMPARATIVO DE LOS DOS TIPOS DE PILA, SEGUN EL CAMPO DE APLICACION

Pila permanente Pila renovable - Minerales de baja ley. - Minerales de alta ley. - Minerales de baja recuperacin. - Minerales de alta recuperacin. - Lenta cintica de lixiviacin. - Cintica rpida de lixiviacin. - Amplio espacio disponible. - Lixiviacin primaria de menas. h) Componentes que configuran la pila: Substracto : Terreno donde se ubicar la pila, debe tener

una pendiente de 3 a 4% siempre en direccin hacia la canaleta recolectora de soluciones. Debe ser compacto y libre de piedras u objetos punzantes.

Finos de proteccin : Capa de ridos (arena, relave, etc.) completamente exentos de elementos punzantes, dado que esta capa acomoda a la capa impermeable por abajo y por encima de tal forma que quede bien protegida de cualquiera agresin mecnica.

Carpeta impermeable : Corresponde a un material plstico inerte a la accin de los cidos, agentes qumicos, temperatura y radiacin solar con que estar en contacto la superficie de la carpeta. Debe presentar una buena resistencia mecnica a la traccin, a la compresin y otros esfuerzos generados en el carguo y descarguo del mineral.

Tuberas de drenaje : Corresponde a las tuberas corrugadas y perforadas, colocadas en la parte baja de la pila, con el objetivo de evacuar rpidamente las soluciones que alcanzan el fondo de la pila, con esto se evita la formacin de niveles freticos en el interior de la pila provocando salidas laterales de la solucin e inundaciones.

Las tuberas de drenaje tambin permiten mejorar la aireacin de la pila en la parte baja de esta.

Ripio de proteccin : Corresponde a una capa de material inerte, puesta en la base de la pila. De granulometra ms gruesa y ms cerrada que el mineral a cargar en la pila. Esta capa, de aproximadamente 20 cm de espesor, debe ser porosa dado que al encontrarse a nivel de las tuberas de drenaje, debe facilitar el

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escurrimiento de las soluciones. Esta capa cubre a la tubera de drenaje, al repartir las presiones que se ejercen sobre esta.

Mena : Material a lixiviar, este debe ser depositado sobre la carpeta en forma adecuada, evitando siempre la compactacin de la pila.

Canaleta de recoleccin : Lugar de recuperacin de las soluciones, est integrada al revestimiento impermeable de toda la pila. La canaleta en el caso de las pilas unitarias presenta una inclinacin de 0,5 a 1% hacia el punto de recoleccin. Estn conectadas a estanques desarenadores para eliminar slidos en suspensin.

Anclajes : Sectores de fijacin de la carpeta al terreno.

i) Parmetros operacionales: Se indicar a modo de referencia parmetros operacionales tpicos en lixiviacin de minerales de cobre: Ley en cobre total. Consumo de cido. Recuperacin. Tiempo de lixiviacin. Granulometra. Tasa de riego. Altura de la pila. Volumen de solucin circulante. Volumen de retencin de soluciones en el mineral. Densidad del aglomerado. Densidad del mineral sin aglomerar.

MINERALIZACION MET

El yacimiento es un mineral extico de cobre. Los xidos de cobre depositados en gravas representan el volumen mineralizado de mayor importancia econmica en el rea del yacimiento. La mineraloga representativa de estos cuerpos consiste en Crisocola (silicato de cobre), Atacamita (cloruro de cobre), menor cantidad de Brochantita y Antlerita (sulfatos de cobre), Malaquita (carbonato de cobre) y minerales complejos de cobre, hierro y manganeso con aspecto arcilloso y de color negro. Las especies mineralgicas solubles en cido sulfrico ms importantes son Atacamita y Crisocola, con presencia de mineral tipo Wad que corresponde a una especie refractaria al cido sulfrico. Metalrgicamente el tratamiento de este yacimiento deber considerar la presencia de arcillas, adems de la existencia de minerales de cobre refractarios a la lixiviacin cida.

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CARACTERISTICAS DEL MINERAL

Gravedad especfica promedio : 2,30 ROM, densidad a granel, t/m3 : 1,70 Chancado fino, densidad a granel, t/m3 : 1,55 Angulo de reposo estimado del mineral, (o) ROM : 37 Producto final : 32 Angulo estimado de escurrimiento mineral ROM, (o) : 55 Contenido mximo de humedad del mineral ROM, : 1,5

% de agua (base seca) Ley promedio del mineral, % cobre total, : 0,96

promedio del proyecto - Ao 1 - ao 5 : 1,28 - Ao 6 - ao 12 : 0,99 - Ao 13 - en adelante : 0,67 Cobre soluble en cido % : 0,68 Indice de abrasin, paddle test, g : 0,21 Indice de trabajo, kwh/t : 12,9

AGLOMERACION

Mtodo de aglomeracin / curado : tambor rotatorio No de aglomeradores : 2 Tiempo de residencia, seg. : 45 Tasa de alimentacin a aglomeracin, t/h : 1.370 Tasa de aditivos de aglomeracin, g/t : 100 - 200 Agregado de cido a aglomeracin, kg/t : 18,0 - 30,0 Concentracin del cido, % : 96 Agua a aglomeracin, kg/t : 60 90

PARAMETROS DE LAS PILAS DE LIXIVIACION

Tasa de formacin de la pila, t/d, diseo : 24.660 Rango ao a ao, t/d : 19.170 a 24.660 Mineral lixiviado, t/a : 7.000.000 a 9.000.000 Densidad a granel del aglomerado a la salida : 1.400

del tambor, kg/m3 Densidad a granel del material de la pila : 1.650

kg/m3, recin apilado Densidad a granel del lixiviado agotado en : 1.960

pilas (ripio), kg/m3 Densidad a granel del ripio transportado : 1.600

en correas, kg/m3 Densidad a granel del ripio cargado en : 1.700

botadero, kg/m3

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Recuperacin metalrgica promedio, % Cu : 69,6 Prdida estimada de peso de la pila, % : 1 Configuracin de la pila : La pila de lixiviacin es de

diseo dinmico (removible).

Base de la pila: La base de la pila se compone de una membrana de HDPE de 1.5 mm, la que a su vez se cubre con una capa drenante de 0.7 mm de espesor compuesto por material estril competente. Incluye tuberas tipo Drenaflex en su parte superior e inferior, adecuadas al requerimiento del servicio.

Botadero de ripios: Los ripios son apilados sobre una membrana de

LLDPE de 0.5 mm de espesor para proteccin ambiental y eventual coleccin de soluciones escurridas.

MANEJO DE SOLUCIONES

Refino de retorno desde planta de SX, m3/h

- Instantneo : 2.144 - Nominal : 1.989 - Diseo : 2.466 (Los flujos anteriores incluyen la purga de agua de lavado).

Irrigacin de refino, m3/h - Instantneo : 2.400 - Nominal : 2.265 - Diseo : 2.800 - Mnimo : 1.875

Solucin de lixiviacin rica a planta de SX/EW, m3/h - Instantneo : 2.094 - Nominal : 1.989 - Diseo : 2.408

Reposicin total de lixiviado, m3/h - Agua fresca (instantneo) : 192,7 - Agua fresca (diseo) : 275,0 - Retrolavado de filtro : 2,1 - Purga de fierro : 52,9 - Total : 247,7

Consumo mximo agua del proyecto, m3/t : 0,50 Humedad de la pila

- a drenaje cero, % w/w : 10 - en irrigacin, % w/w : 15

Superficie de base irrigada, m2 : 273.347 Superficie de base de reposo, m2 : 233.345 Tasa de irrigacin (incluye evaporacin del riego),

L/h/m2 : 9 Tipo de irrigacin: Aspersor tipo Wobbler No 8 o equivalente. Goteros. Flujo del aspersor, m3/h : 0,58

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Flujo del gotero, L/h/m2 : 9 Separacin de los aspersores, m x m : 7 x 7 Separacin de los goteros, m : 0,40 Presin mnima disponible de lnea de riego en punto

ms desfavorable, Kpa : 200 Tasa de drenaje, L/h/m2 : 6,5 - 9,3 Informacin del cido

- Adicional agregado a la pila, kg/t : Variable, segn descarte. - Consumo por ganga, kg/t : 20,7 - Concentracin del cido : 96 - Gravedad especfica : 1,84

Concentracin de cobre del PLS para diseo, g/l : 4,78 Prdidas de agua en piscinas por el viento y

evaporacin, L/d/m2 : 15 Evaporacin global en pilas, % : 8,5 - 8,9 Prdidas por evaporacin de la pila en reposo,

L/d/m2 : 7,7

SISTEMAS DE ALIMENTACION DE SOLUCIONES AL AREA DE LIXIVIACION

Alimentacin : Bombas centrfugas horizontales. Configuracin : En paralelo, con una en reserva.

MODULO DE LIXIVIACION DE PILAS

Caractersticas de construccin

- Tamao del mdulo, m2 : 6.667 - Dimensin del mdulo, m x m : 240 x 28 - Capacidad del mdulo, t : 25.000 - Pendiente resultante (mxima) de la base de la pila, % : 3,5 - Dimetro de caera de drenaje, mm : 63 - Separacin entre caeras de drenaje, m : 2 - Angulo de reposo, o : 37 - Angulo crtico de escurrimiento de la pila, % : 7 - Desfase rea de carga y descarga, m2 : 33.335 (5 mdulos) - Mdulos cargados en pre-stock de lixiviacin : 5 - Altura de la pila, m : 2,5

ciclo, das (d) - Cargado del mdulo : 1 - Curado y tendido de parrillas de riego (mismo mdulo de carga) : 0 - Humectacin : 3 - Etapa de lixiviacin : 40 - Das de reposo alternados : 35 - Drenaje y desinstalacin de parrillas : 2

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- Descarga del mdulo : 1 - Mdulos cargados en pre-stock : 5 - Mdulos en holgura carga - descarga : 5 - Total mdulos : 92

INFORMACION DE LA SOLUCION DE LIXIVIACION

Anlisis del refino, g/l - Cu : 0,48 - H2SO4 : 12,9 - Fe total : 4,9 - Fe+3 : 4 - Si : < 0,4 - Al : 5,5 - Mg : < 4,5 - Mn : 1 - Cl : 19,5 - K : 0,50 - Na : 11,3 - SO4-2 total (como sulfato) : < 80 - NO3- : 9 - I (como iodato) : 0,01 - Slidos, ppm : < 20 - pH : 1

Temperatura del refino, oC : 12 - 26 Densidad, kg/m3 : 1.120 Viscosidad, cP : 2,5 (20 oC) Se podr agregar cido y el contenido de la solucin en la caera podr llegar hasta 20 g/l. Anlisis del PLS, g/l

- Cu : 4,78 - H2SO4 : 5 - Fe total : 5 - Fe+3 : 4 - Si : < 0,4 - Al : 5,5 - Mg : < 4,5 - Mn : 1 - Cl- : 20 - SO42- total (como sulfato) : < 80 - Slidos, ppm : < 20 - pH : 1,4 - K : 0,50 - Na : 11,3 - NO3- : 9 - I (como iodato) : 0,01

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Temperatura del PLS, oC : 18 (12 mnimo) Viscosidad del PLS, cP : 2,5 (20 oC) Densidad del PLS, kg/m3 : 1.120 Clarificacin del PLS : Piscina con suficiente superficie y

tiempo de residencia para decantar y desarenar.

INFORMACION DE LAS PISCINAS

Tipos de revestimiento:

- Piscina de PLS y Refino: Capa superior de HDPE de 1,5 mm o equivalente, red de drenaje, geonet entre membranas, HDPE de 1,0 mm, con deteccin de fugas.

- Piscina de emergencia sector botadero: Un solo revestimiento de HDPE de 1,5 mm o equivalente.

- Piscina de emergencia SX: Un solo revestimiento de HDPE de 1,5 mm o equivalente.

- Taludes de las piscinas (H/V): 2:1

Piscina de PLS:

La solucin PLS drena hacia dos sistemas (paralelos e interconectados) de piscinas. Cada sistema consiste en una piscina desarenadora de 3 horas de tiempo de residencia y a continuacin una piscina de almacenaje de 10 horas de tiempo de residencia con respecto al flujo total. El PLS es introducido a la piscina desarenadora por un vertedero de rebalse a todo lo ancho de la piscina. Del mismo modo la solucin pasa desde la piscina desarenadora a la de almacenaje.

Esto permite un mayor tiempo de residencia promedio para la decantacin

de slidos y tambin permite que un lado de la piscina pueda aislarse del otro, de ser necesario efectuar reparaciones o mantencin.

La piscina de PLS, considera en su diseo un volumen extra suficiente

como para actuar como piscina de emergencia de soluciones ricas de lixiviacin. El flujo desde la piscina de PLS a la planta de SX se efecta gravitacionalmente.

- Tiempo de residencia por sistema, h : 13 - Tiempo de residencia mximo, h : 26 - Volumen total de operacin, m3 cada sistema : 27.300 - Volumen total de emergencia, m3 : 40.000 - Volumen total de operacin, m3 : 54.600 - Volumen total de piscina, m3 : 94.600

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Piscina de Refino:

La solucin de lixiviacin utilizada para extraer cobre del mineral es la solucin de refino producida en la planta de SX. El refino de la segunda etapa de extraccin fluye por gravedad va un post decantador a una piscina de refino que ha sido dimensionada para proporcionar 2,5 horas de tiempo mximo de residencia asociado al flujo instantneo.

La piscina de refino tiene bafles de HDPE para contener cualquier arrastre

de orgnico desde la planta de SX. La solucin de refino que fluye por bombeo a las pilas es ajustada en cido en un mezclador esttico y es distribuido a travs de un sistema de caera lateral.

- Tiempo mximo de residencia, h : 2,5 - Volumen total, m3 : 5.250

Piscina de Emergencia: (sector botadero) Criterio dimensionado:

- Precipitacin mxima histrica en 24 hr, mm : 10 - Volumen total, m3 : 27.000

DEFINICION DE pH

El pH de una solucin expresa su relativa acidez o alcalinidad en una escala que va de 0 a 14. El pH indica la concentracin del ion de hidrgeno (H+). El agua destilada pura tiene un valor pH de 7 y es considerada neutra (no es cida ni alcalina). Los valores de pH que van bajando de 7 a 0 indican que aumenta la acidez, y los valores de pH que van subiendo de 7 a 14 indican que la alcalinidad aumenta.

Cada unidad en la escala de pH representa un cambio diez veces superior

en la concentracin. Por ejemplo, una solucin con un pH de 1 es diez veces ms cida que una solucin con un pH de 2. Sin la escala de pH, para poder expresar la concentracin de iones de hidrgeno, se necesitan nmeros que van de 0,0 a 0,00000000000001 gramos por litro. El conteo de ceros o el uso de una notacin cientfica para determinar el valor de estos nmeros se hace engorrosa.

Por una parte, la explicacin del pH parece complicada, pero su uso parece

muy sencillo, cuando se usa como una medida de acidez sin pensar en su definicin formal, el valor de pH se hace muy til. Slo los qumicos y metalrgicos necesitan preocuparse acerca de la definicin de pH. Todos los dems pueden usarlo para una representacin numerada de la acidez.

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LA ESCALA DE pH

La explicacin formal del pH es la siguiente: las soluciones contienen sustancias qumicas llamadas iones. Un ion es un tomo de un elemento que tiene uno o ms electrones extras o le falta uno o ms de sus electrones. Los electrones tienen carga negativa y los iones con menos electrones tienen una carga positiva. Dos sustancias importantes en prcticamente, todas las soluciones son el ion de hidrgeno (H+) y el ion de hidrxilo (OH-). Los iones de H+ y OH- se combinan para formar agua, de acuerdo a la siguiente frmula:

2 H+ + OH- ==== H2O

Las soluciones cidas tienen un exceso de iones de H+ no combinados y las soluciones alcalinas tienen un exceso de iones de OH- no combinados. Para acidificar una solucin se agregan iones de H+ (del cido sulfrico (H2SO4), por ejemplo). Para neutralizar una solucin cida, se agregan iones de OH- (del hidrxilo de sodio (Na OH), por ejemplo) para combinarlos con los iones H+ en exceso. Excepto en los puntos extremos de la escala de pH, las concentraciones de los iones de hidrgeno e hidrxilo tienen la siguiente frmula:

Logaritmo de [H+] + logaritmo de [OH-] = 14

donde [H+] y [OH-] son las concentraciones de los dos iones en gramos por litro.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Lixiviacin de cobre con H2SO4

ACIDO ALCALINO Custico, bsico

Aumenta Alcalinidad Causticidad Basicidad

Lixiviacin de oro NaCN

Aumenta la acidez

Agua potable

NEUTRO

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El logaritmo de un nmero en particular es el nmero de veces que el nmero diez se debe multiplicar por s mismo para ser igual al nmero en particular. Por ejemplo:

- 1.000 = 10 x 10 x 10 = 103, el logaritmo de 1.000 = 3 - 100 = 10 x 10 = 102, el logaritmo de 100 = 2 - 10 = 10 x 1 = 101, el logaritmo de 10 = 1 - 1 por definicin, el logaritmo de 1 = 0 - 0,1 = 1 / 10 = 10-1, el logaritmo de 0,1 = -1 - 0,01 = 1 / 100 = 10-2, el logaritmo de 0,01 = -2 - 0,001 = 1 / 1000 = 10-3, el logaritmo de 0,001 = -3 El logaritmo de un nmero en particular no es siempre un nmero entero.

Por ejemplo, el logaritmo de 15 = 1,176, y el logaritmo de 85 = 1,929. Nuevamente, excepto en los puntos extremos de la escala de pH, el valor

pH es el logaritmo negativo de la concentracin del ion de hidrgeno (H+) en la solucin. Por ejemplo, si la concentracin H+ es un dcimo de gramo por litro, se puede escribir ya sea como 0,1 gramos por litro o como 1/10 gramos por litro. En la forma logartmica es 10-1 gramos por litro. El logaritmo, en este caso, es -1 y el logaritmo negativo es 1, de tal manera que el pH de la solucin es 1.

GENERALIDADES

La solucin rica de lixiviacin (PLS) producida en la lixiviacin en pila es

demasiado diluda en contenido de cobre y demasiado impura para la produccin directa de ctodos de cobre de alta pureza. De la electroobtencin a partir de estas soluciones se obtienen depsitos de cobre dendrticos (en ramificaciones o similares a un rbol), suaves e impuros.

La electroobtencin requiere un electrolito purificado y rico en cobre dentro

del rango de 45 a 50 gramos por litro (gpl) de Cu++ con el fin de garantizar que los iones de Cu++ se encuentren siempre disponibles para adherirse a la superficie del ctodo. Al satisfacerse este valor requerido se produce ctodos de cobre suave, denso, de alta pureza y listo para salir al mercado. La extraccin por solventes proporciona los medios para la produccin de electrolito puro y con un alto contenido de Cu++ a partir de la PLS diluda e impura.

CRITERIOS DE DISEO Y PARAMETROS PRINCIPALES

Tasa de alimentacin por tren, m3/h, base 347 d/a : 1.047 Utilizacin anual de la planta de SX/EW, % : 95 Delta de cobre de diseo en reextraccin, g/l : 15 Composicin del electrolito pobre, g/l

- Cu+2 : 35 - H2SO4 (mximo) : 170 - Fe total (mximo) : 1,0

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- Co+2, ppm : 100 - Cl-, (diseo), ppm : 20

Composicin del electrolito rico, g/l - Cu+2 : 50 - Fe total (mximo) : 1,0

Temperatura mnima del electrolito, en sistema de caeras que van desde etapa de reextraccin de SX a filtros, oC : 22

Recuperacin global de cobre del PLS, %, diseo : 90 Continuidad : E-2, S-1, S-2, orgnica

E-1, W, acuosa Razn O/A, rango, a flujo de orgnico constante : 0,8 - 1,5:1 Velocidad mxima del impulsor, m/min, operacin normal : 275 Tiempo aproximado de retencin del mezclador, s

- Extraccin : 180 - Reextraccin y Lavado : 120

Flujo unitario de decantacin, m3/h/m2 flujo total : 3,5 a flujo instantneo

Dimensiones de profundidad esttica del decantador, mm - General, en lnea central : 1.050 - Orgnico : 280 (en operacin) 350 (mximo) - Variacin altura vertedero de acuoso : 100 - Acuoso : 550 (en operacin) - Espacio libre : 250 - Altura vertedero de orgnico : 800

Arrastres, ppm - Orgnico desde etapa orgnico continuo : 30 - 300 (diseo 75) - Orgnico desde etapa acuoso continuo : 50 - 300 (diseo 150) - Acuoso desde etapa orgnico continuo : 100 - 600 (diseo 600) - Acuoso desde etapa acuoso continuo : 50 - 500 (diseo 500) - Acuoso en orgnico cargado hacia etapa de lavado : 300

Remocin de solucin para tratamiento de borras, m3/mes (diseo) : 30

Tiempos de residencia, min - Estanque post decantador de orgnico cargado : 18 - Estanque post decantador de electrolito : 60 - Estanque post decantador de refino : 36 - Estanque de electrolito rico : 10

Capacidad piscina de emergencia de SX : Un mezclador decantador +10%

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EMISOR DE GOTEO A PRESION

Originalmente, el emisor de goteo a presin fue diseado para irrigacin agrcola. El emisor, fabricado con polietileno de baja densidad, tiene dos partes, un ncleo interno y una cubierta exterior o camisa. En esencia, el ncleo es un tubo hueco cuya pared exterior tiene una serie de pasadizos o ranuras llamadas paso tortuoso. La envoltura tambin es un tubo hueco cuyo dimetro calza, en forma ajustada, en el paso tortuoso, en el dimetro exterior del ncleo. El ncleo calza dentro de la envoltura y as se forma el emisor. Cuando ya est ensamblado, el extremo del ncleo no est del todo sellado con respecto a la superficie de contacto dentro de la camisa. A medida que la solucin fluye a travs del ncleo del emisor con una presin de 20 psi, parte de la solucin pasa entre el extremo del ncleo y la superficie de contacto de ste en la camisa. Por este camino la solucin entra al paso tortuoso, entre el ncleo y la pared interna de la camisa. La presin de la solucin cae a nivel ambiente, a medida que pasa a lo largo del paso tortuoso. Al final del paso tortuoso, una pequea parte de la solucin pasa, a travs de una brecha, y sale del emisor, en el flange ubicado entre el ncleo y la camisa. Una serie de emisores, distribuyen la solucin sobre la superficie del rea de lixiviacin. Estn ubicados a intervalos deseados en la tubera emisora de polietileno y conectados al cabezal de solucin.

EMISOR EN LINEA OREMAX

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CCOONNCCEEPPTTOOSS TTEEOORRIICCOOSS YY OOPPEERRAACCIIOONNAALLEESS DDEE

EEXXTTRRAACCCCIIOONN PPOORR SSOOLLVVEENNTTEE

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HISTORIA DE LA EXTRACCION POR SOLVENTES

La primera aplicacin de la extraccin por solventes data de 1842 en trabajos de Pligot para la extraccin de uranio. Posteriormente este tipo de tcnica empez a aplicarse en el campo de la industria del petrleo, alcanzando un desarrollo significativo en la dcada del treinta. En el campo de la metalurgia su primera aplicacin es en 1942, para purificar nitrato de uranio mediante el mismo proceso usado por Pligot cien aos antes. Tal operacin se realiz en Estados Unidos en el llamado proyecto Manhattan, cuyo objetivo era producir uranio para la primera bomba atmica. Este proceso fue inicialmente batch y en 1946 se cambi a continuo en contracorriente. A partir de entonces, el desarrollo de esta tcnica fue notable y en los aos sesenta, su campo de aplicacin se ampli hacia la hidrometalurgia de los metales no frreos ms comunes, como el cobre, nquel, cobalto y zinc. La recuperacin del cobre reviste especial inters afianzndose como uno de los procesos ms empleados comercialmente para la obtencin de ste metal, hasta el punto que una parte significativa de la produccin mundial de cobre se realiza actualmente aplicando SX a las soluciones de lixiviacin de minerales oxidados pobres en cobre, seguida de electrlisis de la solucin. El desarrollo histrico de SX y su aplicacin a la separacin de diferentes elementos, como la bsqueda de nuevos reactivos, cabe esperar que en el futuro aumenten las posibilidades de aplicacin de esta tcnica, en la que cada da se registran nuevos avances. Los factores que deben favorecer este desarrollo son, bsicamente, la preocupacin por la contaminacin ambiental, demanda de metales escasos y de alta pureza, mayor complejidad en las minas y baja de las leyes, y la necesidad de recuperar subproductos como medio de disminuir los costos de produccin.

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DEFINICION DE SX

La extraccin por solventes (SX), es un proceso utilizado en la metalurgia extractiva para la separacin de diferentes sustancias en soluciones hidrometalrgicas por medio de un reactivo orgnico inmiscible, con la solucin acuosa. Este proceso sirve para purificar soluciones y para concentrar metales disueltos en un volumen de solucin acuosa menor y recuperar el metal especfico por electroobtencin, precipitacin qumica o cristalizacin. Para el caso especfico del cobre, su mayor aplicacin es concentrar el cobre en una solucin adecuada para electroobtencin, libre de impurezas nocivas y que permita operar con mayores densidades de corriente y obtener ctodos de alta calidad.

ETAPAS

La extraccin por solventes, aplicada al cobre es una operacin que

comprende dos etapas separadas:

a) La extraccin propiamente tal, en la cual una solucin acuosa que contiene cobre se contacta en contracorriente con una fase orgnica inmiscible en la acuosa.

La fase orgnica contiene un reactivo que extraer el cobre de la fase acuosa. El proceso de extraccin est gobernado por las leyes de la qumica, aplicable a las reacciones involucradas y por los aspectos difusionales y operacionales de mezcla y separacin de dos lquidos inmiscibles, de modo que facilite la transferencia del ion deseado desde la solucin acuosa al solvente.

b) Reextraccin del cobre de esta fase orgnica por una solucin acuosa fuertemente cida. Esta solucin absorbe el cobre incrementando su concentracin y es utilizado como electrolito para la electroobtencin.

La etapa de reextraccin da como resultado entonces: La produccin de una solucin acuosa de cobre ms concentrada. La regeneracin del reactivo orgnico y que es posible utilizar nuevamente.

Una de las caractersticas importantes de la fase orgnica es que presenta

bajas solubilidades para las impurezas presentes en la solucin de lixiviacin, de tal forma que el electrolito final tiene muy bajos niveles de concentracin de ellas (sulfatos frricos y ferrosos, cloruros, sulfatos de aluminio, etc.).

El cido regenerado en la electroobtencin retorna al circuito de

reextraccin para despojar de cobre la fase orgnica en donde lo transfiere a la fase acuosa, saliendo como electrolito cargado y de menor acidez.

El refinado en cobre, adquiere un incremento en la acidez de tal forma que

se recicla al sistema de lixiviacin para aprovechar el cido y aportar la fase acuosa de riego.

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El circuito de SX est ligado en forma continua con la electroobtencin y con el sistema de lixiviacin y deber siempre tenerse en cuenta que el sistema LIX-SX-EW es uno solo, pues ciertos cambios operacionales de acidez en un circuito pueden tener efectos negativos en los otros.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DEL EXTRACTANTE

La fase orgnica para la extraccin de cobre, est compuesta de la resina

extractante catinica lquida disuelta en un diluyente orgnico obteniendo una fase orgnica de baja viscosidad y densidad.

La concentracin del reactivo extractante en la fase orgnica oscila entre 5 - 20% v/v.

Para recuperar el cobre en forma comercial usando SX, el reactivo extractante debe reunir ciertas propiedades que pueden ser utilizadas como gua para su eleccin, pero a menudo se encuentran en contraste y no es exagerado decir que no existe sustancia alguna que posea todas las propiedades para un buen efecto.

Los requisitos que debe cumplir un reactivo extractante son: Extraer el cobre deseado selectivamente desde la solucin acuosa que lo contiene. Ser reextrado por una solucin acuosa desde la cual el cobre sea extrado por procesos simples (electroobtencin). Ser estable en el circuito, de tal manera que circule sin que se degrade. Tener alta capacidad de carga a un pH y a una concentracin dada del extractante. Alto grado de insolubilidad entre el extractante y el acuoso para evitar las prdidas de orgnico en el refino. Baja toxicidad e inflamabilidad, esto con el fin de tener buenas condiciones de seguridad y estabilidad qumica. Baja formacin de borra, la cual entorpece la etapa de separacin de fases y produce los mayores arrastres de acuosos en el orgnico.

CARACTERISTICAS DEL DILUYENTE

La funcin principal del diluyente es disminuir la viscosidad de la fase

orgnica y facilitar el contacto entre las fases. Debe cumplir con las siguientes propiedades: Capacidad para disolver el reactivo de extraccin. Baja solubilidad en la fase acuosa, para evitar o disminuir al mximo las prdidas por disolucin en esta fase. Mezclarse bien con el reactivo con el fin de disminuir la viscosidad y facilitar el contacto entre las fases, permitiendo una buena separacin de fases en el decantador. Ser estable qumicamente. Tener un punto alto de inflamacin. Baja toxicidad.

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Costo reducido.

MECANISMOS DE LOS INTERCAMBIOS

En SX se distinguen cuatro clases de extractantes de metales caracterizados por su estructura y mecanismo de extraccin de la especie extrada. a) Agentes de quelacin. b) Extractantes ion - par. c) Extractantes cidos orgnicos. d) Extractantes de solvatacin o neutros.

Para la extraccin de cobre, los agentes de quelacin han encontrado su mayor aplicacin industrial dadas las condiciones de lixiviacin cida de las menas.

Los extractantes quelantes utilizados industrialmente son molculas orgnicas que operan reemplazando los tomos de hidrgeno de dos molculas del extractante por un tomo de cobre de la solucin acuosa, formando un complejo orgnico de cobre.

La reextraccin se desarrolla por la reversin de la reaccin de extraccin. La ecuacin a continuacin es una representacin simplificada del proceso:

extraccin 2 RH + CuSO4 R2 Cu + H2SO4

reextraccin

En esencia, el sistema opera basado en un ciclo del ion hidrgeno, de tal forma que en la medida que la concentracin de cido sea decrecida la reaccin tiende a incrementar la extraccin y lo inverso a incrementar la reextraccin. La selectividad est fuertemente influenciada por el pH de la fase acuosa y por lo tanto una buena separacin est basada en el control del pH de esta fase. En la medida que el pH es bajo, el extractante presenta una mayor aptitud para la extraccin.

OPERACION PLANTA DE SX

CONCEPTOS OPERACIONALES

EMULSION Y COALESCENCIA: En su definicin ms sencilla la emulsin

es la formacin de gotas pequeas; la coalescencia es lo inverso, es decir, el aglutinamiento de las gotas pequeas en gotas grandes. Estos dos procesos fundamentales en la operacin de SX, se verifican en el mezclador y decantador respectivamente.

Si bien es cierto, que la emulsin favorece la cintica de intercambio debido a que una distribucin de gotas ms finas producirn un aumento de la velocidad de reaccin o una disminucin del tiempo de retencin necesario, lo cual significa mayores flujos volumtricos o un reactor ms pequeo, pero por otro lado, la

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distribucin de tamaos ms finos disminuir la velocidad de separacin de fases, lo cual significan menores flujos o un decantador ms grande.

Estos efectos, que son opuestos, deben manejarse y balancearse muy bien, de tal modo de optimizar el trabajo del mezclador/decantador.

BANDA DE DISPERSION: Un equipo de SX se compone de una cmara

de mezcla y una cmara de decantacin. En la cmara de mezcla se produce la reaccin de extraccin (o de reextraccin), mediante la dispersin de una fase en otra.

En la cmara de decantacin las fases dispersas se separan pasando cada una a la etapa siguiente en contracorriente.

Cuando la dispersin generada en el mezclador entra a la cmara de decantacin forma una zona heterognea en la interfase entre las dos fases separadas. Esta zona heterognea se denomina banda de dispersin.

El espesor de esta banda de dispersin es una de las variables de operacin ms importante del decantador.

CONTINUIDAD DE FASES: Cuando se mezclan dos fases inmiscibles

mediante un agitador, una de ellas debe encontrarse dispersa en la otra fase. La continuidad tiene gran importancia en los arrastres fsicos de una fase en la otra despus de la decantacin. Se pueden presentar dos casos:

a) Acuoso continuo : Pequeas gotas de orgnico estn dispersas en

la fase acuosa. La mezcla en acuoso continuo conducir la corriente elctrica.

b) Orgnico continuo : Pequeas gotas de acuoso estn dispersas en la fase orgnica. La mezcla orgnico continuo no conducir la corriente elctrica.

ARRASTRES: La continuidad tiene gran importancia en los arrastres y

separacin, debido a que normalmente se producen contaminaciones que afectan no solo a SX propiamente tal, sino tambin a las operaciones anteriores y posteriores.

La cantidad de arrastres es una funcin del reactivo, del diluyente, del tiempo de residencia, del diseo del decantador, del diseo de los agitadores, de la temperatura, y principalmente de los slidos en suspensin que vienen en la solucin rica proveniente del sistema de lixiviacin en pilas.

Los arrastres no son fciles de determinar, porque las muestras representativas de las fases son difciles de obtener en pequeos equipos, que son usados para medir arrastres.

El arrastre o contaminacin O/A, es el volumen de orgnico que es arrastrado por la fase acuosa. Esta contaminacin representa una prdida del reactivo. El arrastre o contaminacin A/O, es el volumen de acuoso que es arrastrado por la fase orgnica. Esta contaminacin debe ser controlada ya que el orgnico cargado, al pasar de las etapas de extraccin a reextraccin, produce un aumento en las concentraciones de impurezas en el electrolito.

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BORRA: La borra es una emulsin estable compuesta de slidos, acuoso y orgnico y que puede ser generada incluso en ausencia de slidos arrastrados. La borra difiere notablemente de una planta de SX a otra.

La cantidad de borra generada depende de muchos factores a saber: slidos en la fase acuosa, la turbiedad de la fase acuosa, reactivos provenientes de otros procesos y contaminantes que pueden entrar al sistema, tales como aceites lubricantes.

Una pequea cantidad de borra no ser perjudicial, incluso tiene un efecto beneficioso en la separacin de fases, porque acta como un coalescedor. Una gran cantidad de borra aumentar el consumo de reactivo y si se mueve de un agitador a otro producir emulsiones ms estables que pueden resultar en una operacin incontrolada y una emulsificacin total de la planta.

NIVELES DE IMPUREZAS: Los niveles de impurezas en las soluciones de

lixiviacin tienen gran importancia desde tres puntos de vista: 1) El primero es un efecto tampn que puede aumentar la eficiencia de extraccin por solventes. 2) El segundo es un efecto fsico en trminos de viscosidad del fluido y de atrapamientos de impurezas de la solucin de lixiviacin al circuito de electroobtencin. 3) El tercero es un efecto de selectividad que puede significar una degradacin ms acelerada por envenenamiento del extractante.

ACIDEZ / pH: Es un parmetro que est definido por la optimizacin de las

condiciones de lixiviacin con la debida consideracin del efecto que puede producir en SX. Hay un efecto negativo de la acidez en la eficiencia del proceso de SX, por lo cual se ha definido como rango ptimo de pH, valores de 1,5 a 2,0.

TEMPERATURA: La temperatura tiene un efecto significativo en las

caractersticas de separacin de fases y en menor medida sobre la cintica de extraccin, dependiendo de las caractersticas del extractante.

AGITACION: El mecanismo de agitacin cumple con dos funciones en el

proceso de SX: a) Producir una dispersin apropiada de las dos fases para que ocurra la reaccin qumica. b) Bombear las fases acuosa y orgnica interetapas y recirculaciones en una misma etapa.

Al aumentar la velocidad de agitacin es posible hasta ciertos lmites, obtener una dispersin ms fina y mejorar por lo tanto las eficiencias por etapas, pero aumentan considerablemente las contaminaciones de una fase en otra y los consumos de energa. Adems existe el peligro de que se produzca un sobremezclamiento que resulta en una difcil separacin de las fases con un aumento excesivo de bandas y de arrastres.

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CARGA MAXIMA: Es la cantidad mxima de cobre expresada en gr/lt, que el reactivo es capaz de aceptar, por cada unidad de porcentaje de concentracin de esta reactivo v/v en la fase orgnica.

TRANSFERENCIA NETA: Se define como la cantidad efectiva de cobre

que es transferida por el reactivo, expresada en gr/lt por cada 1% de reactivo en v/v.

O bien es la diferencia entre las concentraciones de cobre del orgnico cargado y descargado expresado en gr/lt por cada unidad de porcentaje de concentracin volumtrica del reactivo en la fase orgnica.

Cu (O.C.) - Cu (O.D.) = % reactivo v/v

T.N.

Cu (O.C.) = Cobre en orgnico cargado. Cu (O.D.) = Cobre en orgnico descargado. T.N. = Transferencia neta.

BALANCE DE MATERIALES

Cobre extrado:

FSR x 24 x (CuSR - CuRF) kg/da FSR = Flujo solucin rica en m3/hr. CuSR = gr/lt de cobre en solucin rica. CuRF = gr/lt de cobre en refino.

Cobre transferido:

FO x 24 x (CuOC - CuOD) kg/da

FO = Flujo de orgnico en m3/hr. CuOC = gr/lt de cobre en orgnico cargado. CuOD = gr/lt de cobre en orgnico descargado.

Cobre reextrado:

FEL x 24 (CuER - CuEP) kg/da

FEL = Flujo de electrolito en m3/hr. CuER = gr/lt de cobre en electrolito rico. CuEP = gr/lt de cobre en electrolito pobre.

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CONTROLES OPERACIONALES EN SX

RAZONES O/A

Razn O/A total: Es la razn entre el flujo de orgnico y el flujo de acuoso que se alimenta a los mezcladores de cada etapa.

- O/A extraccin = FO / FSR - O/A reextraccin = FO / FEL

Razn O/A operacional: Se define por la razn de los flujos de orgnico y acuoso, pero considerando las recirculaciones internas de uno de los dos flujos.

- O/A operacional = FO + RO FA + RA RO : Flujo recirculacin de orgnico. RA : Flujo recirculacin de acuoso.

CONTINUIDAD DE FASES En general una planta de SX tericamente debe trabajar ya sea en

continuidad acuosa u orgnica en las diferentes etapas, partiendo de la base que los flujos principales de salida de cada etapa no deben llevar la otra fase arrastrada, de acuerdo a:

E-1 : el flujo de orgnico no debe llevar acuoso, por lo tanto debera trabajar en acuoso continuo. E-2 : El flujo de refino no debe llevar orgnico, por lo tanto debera trabajar en orgnico continuo. W : El flujo de orgnico no debe llevar acuoso, por lo tanto debera trabajar en acuoso continuo. S-1 : El flujo de electrolito no debe llevar orgnico, por lo tanto debera trabajar en orgnico continuo. S-2 : El flujo de orgnico no debe llevar acuoso, por lo tanto debera trabajar en acuoso continuo.

En la prctica, cada planta debe acomodarse a su propia conveniencia, teniendo siempre en cuenta trabajar con las continuidades que produzcan los menores arrastres posibles. Debemos recordar siempre que la fase que no es continua, es la que lleva el menor arrastre.

Para el caso en que debido a los altos contenidos de una cantidad excesiva de borra, es preferible operar en continuidades orgnicas, para as permitir poder mantener la borra en la interfase. El peligro de mantener con continuidad acuosa en E-1 permite que se produzca un arrastre indeseable de borra, por cuanto

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sobrenada en la superficie y es descargada junto con el orgnico cargado en el mezclador de la etapa de lavado produciendo en este un aumento de emulsiones estables que aumentan los contaminantes y arrastres en el flujo de orgnico que va hacia las etapas de reextraccin y del circuito en general. Estos arrastres de borra producen lejos los mayores arrastres de contaminantes que los arrastres de acuoso en orgnico.

ACUOSO CONTINUO

Principio de operacin acuoso continuo

La relacin de fase Acuoso Continuo se caracteriza por la presencia de

gotas de orgnico en una matriz de solucin acuosa continua. Una de las caractersticas de la operacin de un mezclador/decantador es

que la fase que no es continua tiene el menor arrastre de las dos. En la extraccin de la primera etapa, la fase de la solucin acuosa se transfiere a la segunda etapa para mayor tratamiento. Sin embargo, el orgnico est saliendo del sistema de extraccin y debe estar lo ms limpio posible. Por lo tanto, es importante mantener la fase acuoso continuo en la primera etapa, para que la fase de orgnico sea lo ms limpio posible. De lo contrario, las gotas de solucin acuosa arrastrada al

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orgnico pasaran a la etapa de lavado. Las impurezas en las gotas de solucin acuosa haran contacto con el electrolito en la seccin de separacin, contaminando con impurezas el electrolito que ingresa a la celda de electroobtencin. Esto tiende a crear ctodos impuros en la batera de estanques de electroobtencin.

Un sensor de conductividad inmerso en el lquido de la cmara mezcladora indica si el mezclador/decantador est funcionando en acuoso continuo o no. En una condicin acuoso continuo, el sensor indicar conductividad relativamente alta, debido a que la fase de solucin acuosa es un buen conductor. Si la continuidad de la fase cambia, la conductividad disminuye.

ORGANICO CONTINUO

Principio de operacin de orgnico continuo

La relacin de la fase Orgnico Continuo se caracteriza por la presencia de gotas de solucin acuosa en una matriz de orgnico.

Es importante mantener continuidad de orgnico en la segunda etapa de extraccin, debido a que la fase no continua en la mezcla contiene el mnimo arrastre de la otra fase despus de la separacin. Puesto que la solucin pobre sale del proceso de extraccin, debera contener la menor cantidad de arrastre posible. Por lo tanto, la extraccin de segunda etapa se opera en orgnico continuo.

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Un sensor de conductividad inmerso en el lquido de la cmara mezcladora indica si el mezclador/decantador E-2 est funcionando en orgnico continuo o no. En una condicin orgnico continuo, el sensor indicar conductividad relativamente baja, debido a que la fase de orgnico es un mal conductor.

Si la continuidad de la fase cambia, la conductividad aumenta. Una alarma indica esta condicin no deseada.

SOLIDOS EN SUSPENSION

Como se ha dicho anteriormente los slidos en suspensin de la solucin

rica y que son productos de las operaciones de lixiviacin, son altamente perjudiciales para una operacin estable de un circuito de SX, originando los principales problemas de arrastres y contaminaciones con consecuencias nefastas en los costos por prdida del reactivo orgnico y calidad de los ctodos producidos.

Con el fin de mantener la produccin y producir un ctodo de la ms alta calidad, es que los slidos en la solucin rica deben mantenerse siempre en concentraciones que no superen los 5 ppm. Para lograr esta calidad operacional deben de tenerse en cuenta las siguientes variables operacionales:

Para el caso que los slidos en suspensin estn siempre en valores mayores de concentracin que lo descrito, deben revisarse cuidadosamente las variables de operacin del sistema de lixiviacin, especialmente las tasas de riego que tienen las mayores influencias. Tener un sistema de adicin de reactivos floculantes que permita dosificarlo ya sea en forma permanente o batch, para decantar los slidos, teniendo en cuenta que los floculantes tienen su mayor reactividad en concentraciones bajas que no superen los 2 ppm. Para el caso que se produzcan repentinos aumentos de slidos en la solucin rica, a valores que superen los 40 ppm, es conveniente bajar los flujos en un 50% para permitir un tiempo de decantacin razonable en los ponds de alimentacin a SX. Para casos extremos en que los valores de estas concentraciones de slidos superen los valores descritos es conveniente detener la planta para evitar daos mayores que originen grandes arrastres y contaminaciones en desmedro de la calidad de los ctodos y costos. Es preferible parar la planta una hora y solucionar el problema y partir despus rpidamente sin arrastres, que seguir operando con las consecuencias descritas.

TIEMPO DE SEPARACION DE FASES

Los controles de los tiempos de separacin de fases, deben llevarse diariamente porque permiten determinar si el orgnico est sufriendo alguna degradacin o algunos contaminantes se han incrementado producto de arrastres.

Estos controles debern fijarse a una pauta determinada, por ejemplo, que siempre sea inferior a un minuto. Si supera este valor, el orgnico deber lavarse y

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filtrarse de acuerdo a los procedimientos establecidos y que permitan restaurar sus condiciones extractivas en forma ptima.

El tiempo de separacin de fases est influenciado por: - Velocidad de agitacin. - Temperatura. - Arrastre de aire en los flujos de entrada a los mezcladores. - Slidos en suspensin. - Viscosidad.

BANDA DE DISPERSION En los diseos modernos, se ha visto la conveniencia de colocar un

segundo picket fence con el fin de asegurar una buena coalescencia para evitar al mximo los arrastres.

El primer picket fence acta ms bien como distribuidor homogneo de los flujos, pero la colocacin en distancia del primero respecto del segundo debe ser de tal forma de poder mantener una alta banda de dispersin, cuyo beneficio es mejorar los intercambios y la coalescencia.

La banda de dispersin inmediatamente aguas abajo del segundo picket fence debe ser prcticamente cero.

BANDA DE ORGANICO

La banda de orgnico est definida por la velocidad lineal del flujo de

orgnico en el decantador y debe ser siempre igual o menor a 3 cm/seg. Comnmente est del orden de 30 cm y no es conveniente aumentarla

debido al peligro de arrastrar orgnico al aumentar la velocidad del acuoso. La banda de orgnico se opera moviendo el vertedero mvil del acuoso,

pero en operacin normal jams debe cambiarse. Solo se regula en la puesta en marcha de la planta.

VELOCIDAD DE AGITACION

El concepto de velocidad de agitacin se basa principalmente en la

necesidad de mejorar las cinticas de intercambio. En la medida que aumenta la velocidad de agitacin, si bien es cierto, se mejoran las cinticas de intercambio, pero ciertas variables operacionales se desmejoran notoriamente, a saber:

- Aumentan los arrastres O/A y A/O. - Aumentan los tiempos de separacin de fases.

Esto se debe a que se producen emulsiones ms estables por la alta

produccin de gotas muy pequeas de la fase dispersa. La calidad de la operacin de una planta de SX, se basa en minimizar los

arrastres que puedan perjudicar operaciones anteriores y posteriores.

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Para evitar esto es conveniente y razonable operar con las mnimas r.p.m. en los mezcladores, entendindose como mnimas las necesarias que no entorpezcan el traspaso normal de los flujos interetapas.

Es aconsejable, en beneficio de disminuir los arrastres, sacrificar un poco las cinticas de intercambio, por cuanto esta variable se puede controlar aumentando las razones O/A total y/o aumentando la concentracin del extractante para dar la misma transferencia.

MEZCLADOR DECANTADOR

Principio de operacin de un mezclador/decantador

El mezclador de bomba bombea orgnico y soluciones acuosas dentro del mezclador/decantador. El impulsor del mezclador de bomba saca el orgnico y la solucin acuosa del rea del fondo falso y los mezcla minuciosamente de forma que el cobre se pueda extraer fcilmente. L mezcla se mueve alrededor de deflectores y se combina an ms mediante los mezcladores de turbina durante el tiempo de residencia requerido, el cual corresponde a 2 o 3 minutos con caudales nominales.

La mezcla fluye desde el ltimo mezclador de turbina hacia el decantador y se distribuye uniformemente por todo su ancho por medio de tres topes en punta. El decantador proporciona un rea relativamente libre de movimiento donde se pueden separar el orgnico y la solucin acuosa. En el decantador las fases se

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separan en una capa de solucin acuosa y otra de orgnico. La posicin vertical de la interfaz acuosa/orgnica se controla mediante esclusas ajustables en el extremo opuesto al decantador.

ESCLUSAS DE ORGANICO Y SOLUCION ACUOSA

Principio de operacin de esclusas de orgnico y solucin acuosa

La altura de la esclusa de orgnico se ajusta aumentando o disminuyendo la altura de las placas individuales de la esclusa, las que se ubican a lo largo del ancho de la esclusa fija en el extremo de descarga del decantador. La altura de las placas de la esclusa se puede ajustar sobre un rango de 40 mm por medio de orificios ranurados en las placas. Las esclusas de orgnico se nivelan durante la partida y normalmente no se ajustan con posterioridad.

La esclusa de solucin acuosa se ajusta con ruedas manuales. El control total de la altura de la interfaz acuosa/orgnica se logra normalmente ajustando la esclusa de solucin acuosa.

El orgnico es ms liviano que la solucin acuosa. En consecuencia, este flota en la superficie de la solucin acuosa y rebalsa su esclusa hacia la canaleta de orgnico. La solucin acuosa ms pesada fluye bajo las canaletas y luego rebalsa su esclusa hacia la canaleta de solucin acuosa.

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FUNDAMENTOS TEORICOS El fundamento bsico del proceso de extraccin por solvente (SX) es la

reaccin qumica del intercambio ionico, entre el ion del elemento metlico y un ion H+ del compuesto orgnico (resina extractante), que da origen as a un complejo organo/metlico o quelato, que es soluble en la fase orgnica y que se separa entonces por esta va de los otros elementos impurezas, que permanecen solubles en la fase acuosa residual, o refino como se le denomina.

Por otra parte, basndose en la reversibilidad de la reaccin qumica de extraccin, el metal extrado es posible reextraerlo por otra fase acuosa desde el solvente orgnico, por el simple mecanismo de cambio de pH, con lo cual se invierte el sentido de la reaccin qumica general.

(M+2 - SO4-2) + 2 (RH) (R2 - M) + (2H+ - SO4-2)

acuoso orgnico orgnico acuoso Para el caso del cobre se han formulado resinas orgnicas o extractantes

que operan de acuerdo a esa reaccin general, que permite generar un esquema de proceso en dos etapas, de acuerdo a la reaccin:

EXTRACCION

(Cu+2 - SO4-2) + 2 (R - H) (R2 - Cu) + (2H+ - SO4-2) acuoso orgnico orgnico acuoso

REEXTRACCION En un esquema global, para la obtencin de cobre utilizando el proceso de

extraccin por solventes, se ha elaborado la siguiente configuracin o diagrama del proceso a partir de la reaccin anterior:

LIXIVIACION ELECTRO OBTENCION

SX MINERAL

AGUA

ACIDO SULFURICO

Cu0

Cu+2 Impurezas H+ dbil

Cu+2 (dbil) H+ mayor Impurezas

Cu+2 (puro y concentrado)

RH (descargado)

Cu+2 (E.P.) H+ (alta)

R2 Cu (cargado)

Ctodo de alta pureza

EXTRACCION REEXTRACION

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Para que este esquema de proceso pueda funcionar eficientemente de acuerdo a lo esperado, se requiere: que los extractantes y solventes utilizados posean un conjunto de caractersticas bien definidas, que estn determinadas por sus formulaciones y por los procesos de fabricacin y purificacin que los originan. Por otra parte, la forma en que se lleva a cabo el proceso, los parmetros que lo definen y las ventajas de su aplicacin, definen las caractersticas del proceso. CARACTERISTICAS DE LOS EXTRACTANTES

Los reactivos orgnicos, que en la reaccin qumica de intercambio hemos

representado con la frmula R-H son del tipo hidroxifenil oxima, o agente quelante, por la forma en que el ion metlico se engancha o fija al extractante orgnico. Pertenecen a esa estructura general dos clases diferentes de reactivos, segn su estructura y propiedades: las aldoximas que tienen un hidrgeno como sustitucin en el radical A de la frmula estructural y son de gran fuerza extractiva, y las cetoximas, que poseen un CH3 o un C6 H5 en el radical A y son de moderada fuerza extractiva.

Aldoximas y Cetoximas tienen dos posibles sustituciones en el radical R:

puede ser un radical nonil o un radical dodecil.

A

H - O

N O H

R

C9 H19 R =

C12 H25

H Salicilaldoxima A = C6 H5, CH3 Cetoxima

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En la reaccin qumica de intercambio ionico, uno de los parmetros ms importantes, que controla el equilibrio de la reaccin o el sentido del desplazamiento de sta es el contenido de cido de la fase acuosa, de ah que el comportamiento o las caractersticas de extraccin de cobre de un reactivo est regido por la acidez del medio. Lo mismo sucede con varios otros elementos que bajo ciertas condiciones de pH pueden ser extrados, por ejemplo a pH 2.0 el cobre (II) es fuertemente extrado, el fierro frrico es dbilmente extrado, mientras que l Ni y Co (II) no son extrados. Sin embargo a pH > 4 los cuatro metales son fuertemente extrados. Las cetoximas fueron los primeros reactivos que se usaron comercialmente (hidroxioximas) y en forma exclusiva por alrededor de 12 aos. Tienen algunas propiedades sobresalientes y se comportan muy bien con soluciones de lixiviacin algo temperadas (>15oC) y con pH superior a 1.7 - 1.8; adolecen de la fuerza extractiva necesaria para obtener altas recuperaciones de cobre desde las soluciones de lixiviacin que contienen concentraciones de cobre mayores o que tienen bajo pH. Las aldoximas se desarrollaron para resolver el problema de falta de fuerza extractiva de los reactivos tipo cetoxima. Su caracterstica ms relevante, la alta fuerza extractiva, tiene sin embargo un lado dbil: cuando se usa solo este tipo de extractantes tienen tal fuerza extractiva que el cobre no se reextrae bien con un electrolito tpico de electroobtencin. Como resultado, la transferencia neta de cobre de un aldoxima es baja y por esta razn, estos extractantes se usan en combinacin ya sea con un modificador de equilibrio o con una cetoxima. Los modificadores de equilibrio son compuestos orgnicos polares, generalmente alcoholes de cadena larga, nonilfenol o ciertos teres que debilitan la fuerza extractiva de los extractantes; se utiliza cierta cantidad de modificador para facilitar la reextraccin mientras se mantenga una alta fuerza extractiva. En teora se podra formular un gran nmero de diferentes reactivos cambiando el modificador, mezclando modificadores y/o modificando la relacin extractante/modificador en un extenso rango, sin embargo por varias razones, es poco lo que se gana por este camino, por lo que los fabricantes ofrecen unas pocas formulaciones diferentes. Es interesante hacer notar que el uso de modificadores de eq