Merrill Crowe

Ing. J. Fernando Zamora R.

QUIMICA DE LA CIANURACION

Reacciones de disolución del oro en soluciones diluidas de cianuro (oxidación)

Las reacciones de mayor significación en el producto de cianuración son:

4Au + 8NaCN + O2 + H2O = 4NaAu(CN)2 + 4NaOH

( Ecuación de Elsner)

2Au + 4NaCN + 2H2O = 2NaAu(CN)2 +2NaOH + H2

(Ecuación de Janin )

2Au + 4NaCN +2H2O + O2 = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2O2

El peróxido de hidrógeno formado es utilizado en la reacción,

2Au + 4NaCN + H2O2 = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH

(Las reacciones 3 y 4 fueron sugeridas por Bodlaender)

La ecuación global, sin embargo, es la misma que la ecuación de Elsner.

La ecuación para la disolución de la plata en soluciones de cianuro es análoga.

2Ag + 4NaCN + H2O + 1/2 O2 = 2NaAg(CN)2 +

2NaOH

Tabla # 1

VELOCIDADES RELATIVAS DE DISOLUCION DE ORO, PLATA Y

ALEACIONES DE ORO Y PLATA

Análisis del metal o aleación

original

Velocidad de disolución Análisis del metal disuelto

%Au %Ag (mg/cm².H) %Au %Ag

100 - 2.99 100.0 -

79.8 20.2 2.44 78.6 21.4

57.6 42.4 1.94 56.5 43.5

- 100 1.54 - 100.0

Factores que afectan la disolución

del oro y plata

• Tamaño de partícula

• Concentración de cianuro

• Temperatura

• Concentración de Oxígeno

• Alcalinidad

Se concluye que la velocidad de disolución de oro y

plata:

• Se incrementa con partículas de menor tamaño del

mineral que contiene al oro y/o plata.

• Se incrementa con la agitación más violenta, llegando

a un tope de agitación.

• Incrementa a mayor contenido de oxigeno.

• Incrementa a mayor temperatura.

• Se pasiva con concentraciones más altas de iones de

cobre, ferrosos y sulfuros; y aumenta con la

concentración de iones férricos

Recuperación Au-Ag a partir de

soluciones de cianuración

Tenemos 4 tipos de recuperaciones:

• Cementación con zinc en polvo

• Adsorción sobre carbón activado.

• Intercambio iónico

• Métodos electrolíticos

• Lixiviación Au y Ag: proceso netamente

oxidante, de acuerdo a ecuación de Elsner (la

más aceptada por los operadores e

investigadores.

• Precipitación con polvo de zinc: proceso de

reducción

CEMENTACION CON POLVO DE ZINC

• El proceso de cementación con zinc para precipitar el oro y la plata contenidos en las soluciones de cianuros, se inicia paralelamente con el proceso de cianuración aprox. En 1890.

• La adición de sales solubles de plomo, para producir un par galvánico Zn – Pb sobre la superficie de las partículas de zinc, que inhibe la pasivación de las superficies del Zn y por ende permite que continúe la deposición del oro.

1. La evacuación de oxígeno desde las

soluciones a menos de 1 ppm, reduce

significativamente el consumo de zinc. El

proceso mejorado, como es aplicado a los

licores de lixiviación clarificados (menos de 1

ppm de sólidos suspendidos) se denomina el

proceso de Merrill Crowe (forma más común,

conocido desde 1932)

• La cinética de precipitación mejora cuando se inicia

con el uso de polvo de zinc reemplazando a las

virutas de zinc, lo que proporciona un área

superficial mucho más grande y por lo tanto una

cinética de precipitación muy rápida.

• La eliminación de O2 de las soluciones a menos de 1

ppm de oxígeno, lo que reduce significativamente el

consumo de zinc, pero lo ideal es tener valores

menores.

• La eliminación de Oxígeno favorece la precipitación y

es muy rápida si estamos en niveles de 0.01 a 0.02

ppm O2, siendo valores malos encima de 0.2 ppm.

El zinc es considerado como el metal más

apropiado para la recuperación del oro y

plata a partir de soluciones. La reacción

de cementación para el oro y la plata

utilizando zinc, puede ser escrita en la

forma más simplificada como:

2 Au (CN)-2 + Zn = 2Au + Zn (CN)2-4

2 Au (CN)-2 + Zn = 2 Ag + Zn (CN)2-4

• El proceso es altamente eficiente para la precipitación del oro, a partir de las soluciones de pocas ppm de nivel de concentración hasta alrededor de 0,01 ppm, resultando en una recuperación de 99% a más alta. Similar fenómeno y eficiencia de recuperación ocurre cuando se trata de la plata. De acuerdo a Barin (10), la reacción química global para la cementación es:

Zn + Au (CN)-2 + H2O + 2 CN- = Zn(CN)2

-4 + OH- + Au + ½ H2O

• Ellos también sugieren que para concentraciones de

ión cianuro libre por debajo de 3,5 x 10-3 M, la

cementación del oro tiene lugar con formación de Zn

(OH)2 como producto intermedio.

Zn + 2 H2O = Zn (OH)2 + H2O

Zn (OH)2 + 4 NaCN = Na 2 Zn (CN)4 + 2 NaOH

• Estas reacciones significan pérdida de cianuro e

incremento del álcali.

Si no hay cianuro libre presente en la

soluciòn reacción sería:

Au (CN)-2 + Zn + HOH = Zn (CN)2 +

Au + H + -OH

que significaría que la precipitación se

debe a un desplazamiento electroquímico

del oro por el zinc, seguido por el

desplazamiento del hidrógeno del agua por

el metal alcalino del complejo de oro.

• En ausencia de oxígeno, el zinc puede

disolverse de acuerdo a las siguientes

ecuaciones:

• Zn + 4 NaCN + 2 H2O = Na 2 Zn (CN) 4 +

2 NaOH + 2H

• Zn + 2 Na Au (CN)2 =Na2 Zn (CN)4 + 2 Au

• Zn + Pb (CN)2 + 2 NaCN = Na2 Zn (CN)4

+ Pb

• Zn + Na2 S2 O3 = ZnS + Na2 SO3

DEFECTOS

Sin embargo otros compuestos de zinc, como

hidróxido de Zn y iones de zincato pueden estar

presentes bajo ciertas condiciones.

Zn + 2 H2O = Zn (OH)2 + 2 H Zn + O + H2O =

Zn (OH)2

2 Zn + O2 = ZnO (precipitado blanco, que sirve para

detectar la presencia de oxígeno en la solución)

ZnO + 2 NaOH = Na2 ZnO2 + H2O

PARAMETROS DE LA SOLUCION RICA QUE INGRESA AL PROCESO DE MERRILL CROWE

Turbidez de las soluciones (NTU)

% NaCN pH mv O2 Sin filtrar Filtrado Barren

Solución Rica 0.115 11.01 -265 6.00 98.5 6.65 -

Solución Barren 0.118 11.03 -265 0.10 - - 1.28

RESULTADO DE ANALISIS POR ELEMENTOS DE LA SOLUCION RICA , BARREN Y PRECIPITADO

Ppm Au Ag Fe Cu Zn Pb

Solución Rica 9.86 2.07 120.25 37.94 175.58 0.05

Solución Barren 0.02 0.05 116.08 37.78 186.42 0.05

Precipitado % 40 - 65 13.73 0.82 0.63 1.48 2.08

TORRE DE VACIO PARA 2500 m3/día

I. SELECCIÓN DE BOMBA DE VACIO

1. DATOS

•Altura sobre el nivel del mar 3000m = 9,843ft

•Presión local 525 mmHg =

20.7”Hg

•Volumen de solución en m3/día 2500m³

•Temperatura de solución rica 15 °C – 18 °C

•Oxígeno disuelto en sección lixiviación 8 – 9 gr.

O2/m³

•Se aplicará vacío a -20”Hg

•A nivel del mar 760 mmHg = 29.92“Hg = 1 atm = 1013mbar=

14.7 psia

1-Calculo de bomba de vacío

2,500 m³/día x 9 gr. O2/m³ x (100 gr. aire / 21 gr. O2) = 107,142.9 gr. aire

/día a evacuar

aire como gas ideal

PV = nRT

n = mol gr. de aire a evacuar

2500 m³ / díaVacío

-20"Hg

Solución sin aire

(desaireado)

2,500 m³/día

TABLE 1. SOLUBILITY OF OXYGEN IN WATER EXPOSED TO WATER SATURATED

AIR AT

760 mm Hg

PRESSURE

Temperatura Solubility Temperatura Solubility Temperatura Solubility

ºC mg/L ºC mg/L ºC mg/L

0 14.62 16 9.87 32 7.31

1 14.22 17 9.67 33 7.18

2 13.83 18 9.47 34 7.07

3 13.46 19 9.28 35 6.95

4 13.11 20 9.09 36 6.84

5 12.77 21 8.92 37 6.73

6 12.45 22 8.74 38 6.62

7 12.14 23 8.58 39 6.52

8 11.84 24 8.42 40 6.41

9 11.56 25 8.26 41 6.31

10 11.29 26 8.11 42 6.21

11 11.03 27 7.97 43 6.12

12 10.78 28 7.83 44 6.02

13 10.54 29 7.69 45 5.93

14 10.31 30 7.56 46 5.84

15 10.08 31 7.43 47 5.74

19.76 502 66.9 11058 3371 66

TABLE II. CALIBRATION VALUES FOR VARIOUS ATMOSPHERIC PRESSURES AND

ALTITUDES

Pressure Altitude Calibratión

inchesHg mm Hg kpa Ft. m value (%)

30.23 768 102.3 -276 -84 101

29.92 760 101.3 0 0 100

29.61 752 100.3 278 85 99

29.33 745 99.3 558 170 98

29.02 737 98.3 841 256 97

28.74 730 97.3 1126 343 96

28.43 722 96.3 1413 431 95

28.11 714 95.2 1703 519 94

27.83 707 94.2 1995 608 93

27.52 699 93.2 2290 698 92

27.24 692 92.2 2587 789 91

26.93 684 91.2 2887 880 90

26.61 676 90.2 3190 972 89

26.34 669 89.2 3496 1066 88

26.02 661 88.2 3804 1160 87

25.75 654 87.1 4115 1254 86

19.76 502 66.9 11058 3371 66

TABLE II. CALIBRATION VALUES FOR VARIOUS ATMOSPHERIC PRESSURES

AND ALTITUDES

Pressure Altitude Calibratión

inchesHg mm Hg kpa Ft. m value (%)

23.94 608 81.1 6047 1843 80

23.62 600 80.0 6381 1945 79

23.35 593 79.0 6717 2047 78

23.03 585 78.0 7058 2151 77

22.76 578 77.0 7401 2256 76

22.44 570 76.0 7749 2362 75

22.13 562 75.0 8100 2469 74

21.85 555 74.0 8455 2577 73

21.54 547 73.0 8815 2687 72

24.26 540 71.9 9178 2797 71

20.94 532 70.9 9545 2909 70

20.63 524 69.9 9917 3023 69

20.35 517 68.9 10293 3137 68

20.04 509 67.9 10673 3253 67

R = 0.082 atm.lt/mol gr.°K

T = 18°C + 273 = 291°K

P = presión absoluta en el sistema de trabajo (Torre de vacío)

P = (Pabs local – Pvacío)

P = 20.7”Hg-20”Hg = 0.7”Hg

0.7”Hg x 1atm/29.92”Hg = 0.023atm

n = 107,142.9 gr aire

28.94 gr aire / mol-gr

n = 3,715.08 mol-gr

V = 3,715.08 mol-gr x 0.082 atm.lt x 291°K x 1 lt = 136,118.0 pie³

0.023 atm mol-gr.°K 28.316 lt/pie³

Q = 136,118 pie³ / 1440 min = 94.53 CFM

Se le aplicará un factor de corrección por

variación en la temperatura de agua de

servicio de la bomba de vacío (4% a 9%)

por lo cual decrece la capacidad de la

bomba y un 30% de incremento de la

capacidad de la bomba.

Q = 94.53 CFM x 1.09% x 1.3% = 133.9 ≈

135CFM

Por tanto, se buscará una bomba de vacío de

135CFM y 0.7”Hg de presión absoluta

En tablas de fabricantes de bombas de vacio

se selecciona una bomba cuya presión

absoluta en pulgadas sea de 0.7”Hg ó la mas

cercana en este caso 1.22”Hg y 139 CFM la

misma que funcionaría a 1150RPM y con

7.5HP (recomendable ubicar bombas en

SIHI, Nash, GOULDS entre muchas marcas

buenas que hay en el mercado)

Diseño torre des-aireadora

Se debe obtener espesores de película muy

delgadas (fluido sobre superficie) para mayor

eficiencia del vacío en su evacuación.

La solución óptima de salida de la torre deberá

tener de 0.01 grO2 /m³ a 0.02 grO2 /m³; pudiendo

ser bueno 0.05 grO2 /m³

Valores como 0.1 a 0.15 requieren de una

aplicación mayor de reactivo (Polvo de zinc)

Consideración de diseño

(GPM /As) = 0.065 Dato experimental y aplicativo

(*) J.F.Zamora

Donde GPM : Caudal en galones USA/minuto

solución rica

As : Area total superficial en pie² de

elementos de empaque de la torre

En nuestro caso: trabajo continuo

2,500 m³/día equivalen a 458.7 GPM (Flujo solución

rica)

Area Total requerida (pie²) elementos de

superficie.

As = 458.7/0.065 = 7057 pie²

Elección de elementos:

Son usados en torres empacadas para

transferencia de masa. Elegimos de los

fabricantes FABCO PLASTICS

TRIPACKS MASS TRANSFER COLUMN

PACKINGS de Ø 2”

Características de los tripacks

•Geometría simétrica (Plástico)

•Estructuralmente uniforme e ideal para

contacto gas – líquido

•Gran área útil y distribución uniforme

Datos del fabricante: (En este caso FABCO

PLASTICS)

as = Area superficial para Ø2” Tripacks

48 pie² / pie³ empaque con 96% vacío y 4%

material plástico

Por lo tanto, el volumen del empaque necesario

es:

Ve = (As/as) = 7,057 pie²

48 pie²/pie³

Ve = 147 pie³ empaque

GEOMETRIA DE LA TORRE

Aproximamos ht/Øt = 4

Donde: ht = altura de la torre (pies)

Øt = diámetro de la torre (pies)

At = área transversal de la torre = ¶Øt² / 4

Asumiendo: Øt = 4 pies

At = ¶Øt² / 4 = 12.57 pie²

Altura de empaque (he) = (Ve/At) = 147 pie³ /

12.57 pie² = 11.7 pie

Programación de control SCADA

Visualización de Datos y Monitoreo Merrill CMHSA

Columna de vacío y cono de

cementación (instrumentación)

Monitoreo de la Operación

Merrill Crowe CMHSA

Gracias por su atención