004 conceptos generales hidrometalurgia

Departamento de Ingeniera en Minas

Facultad de Ingeniera

Universidad de Santiago

Curso: Evaluacin de Procesos Mineralrgicos

Conceptos Generales de Hidrometalurgia de

Minerales de Cobre

Hernn Vives NavarroAbril 2013

Evaluacin de Procesos Mineralrgicos

Corresponde a la tecnologa usada para extraer o recuperar loscomponentes valiosos desde materiales primarios y secundarios (xidos ysulfuros secundarios) mediante reacciones, a temperatura relativamentebaja y en una fase acuosa.

Hidrometalurgia:

Disolucin del cobre presente en el mineral (Lixiviacin).

Concentrar la solucin rica en cobre (Extraccin por Solventes).

Recuperar el cobre electrolticamente para obtener placas metlicas de99,99% de cobre (Electro-obtencin).

Etapas General del Proceso:

Conceptos Generales


Qu minerales son sometidos al proceso de hidrometalurgia?R: OXIDOS Y SULFUROS SECUNDARIOS

Conceptos Generales


Minerales de xidos de Cobre:

Son los minerales que por accin del tiempo (presin, temperatura, aguay bacterias) han cambiado su composicin original (Cu-Fe-S) a otrasformas mineralgicas mayoritariamente xidos (Cu-O) y sulfurossecundarios (Cu-S).

Malaquita [CuCO3Cu(OH)2], Azurita [2CuCO3Cu(OH)2], Cuprita [Cu2O],Crisocola [CuSiO32H2O], Tenorita [CuO], Atacamita [Cu2Cl(OH)3],Antlerita [CuSO42Cu(OH)2], Brochantita [CuSO43Cu(OH)6].

Malaquita (57,3% Cu)

Azurita (55,1% Cu)

Brochantita (56,2% Cu)

Atacamita (59,5% Cu)

Conceptos Generales


Minerales de Sulfuros Secundarios:

Covelina (CuS)

Calcosina(Cu2S)

Covelina(66,5% Cu)

Calcosina (79,8% Cu)

Conceptos Generales


Diagrama de Proceso

Explotacin Minera (Mina)

xido

Planificacin Minera

Estril(Botaderos)

ExploracinGeolgica

Extraccin Por Solventes

ElectroObtencin

LixiviacinChancado

Ctodos(99,99% Cu)

Planta de Hidrometalurgia


Diagrama de Proceso


Componentes del Sistema

Fuente: Google Earth, Minera El Tesoro


Datos requeridos para disear una Planta?

PLANTAHIDROMETALRGICA

Ctodos

?

?

?

?



Dureza

Tipos de minerales

Densidad

Ley

.

.Etc

PLANTAHIDROMETALRGICA

Ctodos



Geolgica

Mineralgica

Qumica

Fsica PLANTAHIDROMETALRGICA

Ctodos


Algunos Datos Relevantes

Geologa Mineralizacin Qumica Fsica Metalrgica

Alteracin

Litologa

Zonacin

Tipos de Minerales

Impurezas

Morfologa

Asociaciones Mineralgicas

Texturas

Modo de Ocurrencia

Composicin Mineralgica

Ley de Producto

Leyes Impurezas

Ley elementos solubles/insol.

Densidad

Dureza

Distribucin Granulomtrica

Humedad

Porosidad

Chancabilidad

Abrasividad

Recuperacin Metalrgica

Consumo de cido

Tamao ptimo


Caracterizacin y Reactividad

Cintica de Disolucin con cido Sulfrico

Cintica Relativa Tiempo de Referencia Especies Mineralgica

Muy rpida(a T ambiente)

Segundos a minutos (disolucin completa)

Carbonatos: Malaquita, Azurita Sulfatos: Chalcantita, Brochantita y Antlerita.Cloruro: Atacamita.

Rpida(requiere mayor acidez)

Horas (disolucin completa)

xidos cpricos: Tenorita.Silicatos: Crisocola, Dioptasa.

Moderada(requiere oxidante)

Das a semanas (disolucin puede ser incompleta)

Cobre Nativo, xidos Cuprosos: Cuprita, Delafosita.Algunos silicatos y xidos complejos con Mn: Neotocita, Copper Wad, Copper Pitch

Lenta(requiere oxidante)

Semanas a meses (disolucin puede ser completa)

Sulfuros Simples: Calcosina, Digenita, Djurleita, Covelina.

Muy lenta(requiere oxidante)

Aos (disolucin incompleta)

Sulfuros Complejos: Bornita, Calcopirita, Enargita, Tetrahedrita.

Fuente: Domic, E. Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y Aplicaciones



Mineral refractario:Mineral que resiste la accin de disolucin de un agente lixiviante (p.e: cido sulfrico en el cobre y en la lixiviacin por cianuro del oro).

Cundo son refractarios, qu alternativas existen para el procesamiento?.R: Flotacin, tostacin (oro)


Textura de Oclusin:Cuando el mineral est ocluido queda rodeado por ganga. Esto significa queno es atacada por las soluciones lixiviantes o bien lo es en un grado, que noasegura su completa lixiviacin. Se distinguen diferentes grados de oclusin yfrecuencias de ocurrencia de estas texturas:



ASOCIACIONES MINERALGICAS PARA LIXIVIACIN



MINERALOGA DE MUESTRA DE CABEZA

(J. Casas)



(J. Casas)


RECUPERACIN METALRGICA


Recuperacin de Cu vs Rlix. Pilas DMH

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Rlix [ m3/ton]

Rec

up

erac

in

de

Cu

[%

]




El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia ellugar donde se formar la pila de lixiviacin. En este trayecto el material essometido a una primera irrigacin con una solucin de agua y cidosulfrico, conocido como proceso de curado (aglomeracin).

El proceso de aglomeracin consiste en la adhesin de partculas finas a lasgruesas, o de finos con finos, mediante la aportacin de reactivos lquidos(agua, aglomerantes, cido), producen aglomerados uniformes, quepermiten elevar el rendimiento extractivo del proceso posterior delixiviacin (permeabilidad de la solucin lixiviante).

Aglomeracin


La aglomeracin se realiza en un cilindro metlico revestido interiormentecon neopreno o goma anticida provisto de levantadores para lograr unams efectiva accin de rodado de la carga, e incluyendo en el centro lastuberas perforadas para el suministro del agua y cido.

Las esferas se forman producto de la rotacin del tambor y la adicin deagua y cido sulfrico.

La adicin de cido al tambor, ayuda a que la etapa posterior (lixiviacin)sea ptima.

Aglomeracin


Tambor Aglomerador

Aglomeracin


Parmetros Operacionales y de Diseo (P. Schmidt, 2001)

Aglomeracin


Parmetros Tpicos de Tambores Industriales

Aglomeracin


Modelos empresa ERAL

Aglomeracin


El proceso de lixiviacin se aplica principalmente a minerales de cobreoxidados y sulfuros de baja ley.

El proceso de lixiviacin consiste en la disolucin qumica de xidos decobre, cuyo producto es una solucin que contiene elementos que sedesean recuperar.

La lixiviacin disuelve elementos deseados y tambin algunos nodeseados, dejando un residuo insoluble.

El medio de lixiviacin para minerales de cobre es normalmente unasolucin acuosa de cido sulfrico.

CuO + H2SO4 Cu2+ SO4 + H2O

Reaccin Qumica:

Lixiviacin


1. El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia ellugar donde se formar la pila (torta de materiales). En este trayecto elmaterial es sometido a una primera irrigacin con una solucin de agua ycido sulfrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar yaen el camino el proceso de sulfatacin del cobre contenido.

Etapas del Proceso

Lixiviacin


En su destino, el mineral es descargadomediante un equipo esparcidor degrandes dimensiones, depositndoloordenadamente, formando unterrapln continuo: pila de lixiviacin.

ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIN

Lixiviacin


Sobre esta pila se instala un sistema deriego (goteo o aspersores) que vancubriendo toda el rea expuesta.

A travs del sistema de riego, se viertelentamente una solucin cida de aguacon cido sulfrico. Esta solucin seinfiltra desde la superficie hasta la basede la pila, actuando rpidamente.

ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIN

Lixiviacin


El riego de las pilas se mantiene por 45 a 65 das, recuperando, en algunos casos,el 80% del cobre contenido en el mineral.

El material restante (ripio) es transportado mediante correas a botaderos dondese podra reiniciar un segundo proceso de lixiviacin para extraer el resto decobre (Lixiviacin Secundaria).

Bajo las pilas de material a lixiviarse instala previamente unamembrana impermeable, sobre lacual se dispone un sistema dedrenes (tuberas ranuradas) quepermiten recoger las solucionesque se infiltra a travs delmaterial.

Lixiviacin


Lixiviacin de lechos fijo

In situ

Botaderos

Pilas

Bateas

Lixiviacin de pulpas

Agitacin

Autoclave

TIPOS DE LIXIVIACIN:

Lixiviacin


Lixiviacin en pilas

Solucin de lixiviacin

Cementacin con chatarra de fierro

Extraccin por solvente

Electroobtencin

Electrolito

Lixiviacin en cubas

Concentrados de xidos

Flotacin

Lixiviacin por agitacin


Lixiviacin


Lixiviacin In Situ.

Este tipo de tcnica se refiere a la lixiviacin de residuos fragmentadosdejados en minas abandonadas o a la aplicacin de solucionesdirectamente a un cuerpo mineralizado.

Lixiviacin en pilas.

La lixiviacin en pila es una lixiviacin por percolacin del mineralacopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectarlas soluciones.

Se diferencia de la lixiviacin en botaderos en que se emplea mineralextrado de la mina o procesado previamente, en vez de materiales desobrecarga.


Lixiviacin


Lixiviacin en Botaderos.

Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, losque, debido a sus bajas leyes, no pueden ser tratados por mtodosconvencionales. Este material es depositado sobre superficiesimpermeables y las soluciones percolan a travs del lecho por gravedad.Normalmente son de grandes dimensiones, requiere poca inversin y eseconmico de operar, pero la recuperacin es baja (40-60% Cu) y necesitatiempos largos para extraer todo el metal.

Lixiviacin por Agitacin.

La lixiviacin por agitacin es una lixiviacin rpida de partculas finas(normalmente 90% - 75 m) en soluciones concentradas de cido. Lalixiviacin por agitacin toma de 2 a 5 h.

Lixiviacin


Diseo de la etapa de Lixiviacin

Segn piso Renovable, Permanente, Modular

Segn Operacin Dinmica, unitaria

Lixiviacin


Parmetros Operacionales y de Diseo en Lixiviacin en Pilas (P. Schmidt, 2001)

Lixiviacin


Lixiviacin

Lixiviacin Primaria y Secundaria Radomiro Tomic


El objetivo general es capturarselectivamente los iones Cu++desde una solucin de bajaconcentracin impura y liberarlosen una solucin de alta acidez,obtenindose una solucin de mayorconcentracin de cobre con menoresimpurezas (electrolito).

El proceso SX es altamente selectivo.La solucin acuosa es puesta encontacto con un orgnico capaz deextraer desde ella el cobre quecontiene.

En un paso siguiente el cobre es reextrado desde el orgnico, obtenindose unasolucin de sulfato de cobre de alta pureza

Extraccin por Solventes


Para extraer el cobre de la solucin PLS, sta se mezcla con una solucin deparafina y resina orgnica. La resina de esta solucin captura los iones decobre (Cu++) en forma selectiva.

De esta reaccin se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otrouna solucin empobrecida en cobre que se denomina refino, la que sereutiliza en el proceso de lixiviacin y se recupera en las soluciones que seobtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con unasolucin rica en cido, lo que provoca la descarga del cobre desde la resinahacia el electrolito (solucin) mejorando la concentracin del cobre en estasolucin hasta llegar a valores entre 45 y 50 gpl.

Esta es la solucin (electrolito) que se lleva a la planta de electro-obtencin.

Etapas del Proceso



Orgnico descargado

Refinado a etapa de Lixiviacin

Orgnico cargado

Solucin de Lixiviacin

AcOr

Mezclador -decantador

PROCESO DE EXTRACCIN



Orgnico cargado

Electrolito de alta concentracin de cobre a

Electroobtencin

Orgnico descargado

Electrolito de baja concentracin de cobre

AcOr

Mezclador -decantador

PROCESO DE REEXTRACCIN



El proceso de extraccin por solventes se representa mediante una reaccinqumica reversible en la que se intercambian especies disueltas (iones) desdeuna fase liquida a otra, inmiscibles, segn la ecuacin:

(Cu++ )acuosa + 2 (HR)orgnico (CuR2)orgnico + 2 (H+)acuoso

Donde:

(Cu++)acuosa: concentracin del ion cobre disuelto en la fase acuosa (fase lquidacuya base es el agua).(HR)orgnico: concentracin del extractante en la fase orgnica.(CuR2)orgnico: concentracin de cobre disuelto en la fase orgnica (solvente +extractante) y que ha sido atrapado por el extractante.(H+)acuoso: concentracin de cido (cido libre) en la fase acuosa.

Reaccin Qumica Reversible (extraccin-reextraccin)




Planta SX de Chuquicamata


Parmetros Operacionales y de Diseo de una Planta de SX (P. Schmidt, 2001)



La solucin de sulfato de cobre es llevada a las celdas de electro-obtencin(estanques rectangulares), que tienen dispuestas en su interior y sumergidasen solucin, unas placas metlicas que corresponden a 60 pares de electrodos(nodo + y ctodo -) conectadas en un circuito por donde pasa corrientecontinua desde el (+) al (-).

El cobre en solucin (Cu+2) es atrado hacia el polo negativo, pegndosepartcula por partcula en forma metlica sobre la superficie del ctodo deacero.

Proceso

Cu+2 Cu+2

ANODO Pb ANODO PbCATODO

Cu CuElectrolito

Cu+2

H2SO4H2O

O2 gas

O2 gasElectrolito de alta concentracin de

cobre

Electrolito de baja concentracin de cobre

+

-

+

Electroobtencin


El objetivo es producir cobrede 99,99 % de pureza, apartir del electrolito desulfato de cobre provenientede la etapa SX.

consiste en depositar elcobre disuelto en la solucinacuosa de sulfato de cobre(electrolito) sobre ctodos,mediante la aplicacin deenerga elctrica.

Electroobtencin


El proceso dura 7 das y se produce la cosecha de ctodos de cobre.

Se llaman ctodos porque se forman sobre la superficie de la placa deacero que acta de polo negativo o ctodo en la celda electroltica.

Los ctodos de cobre son testeados por muestreo para comprobar sucontenido de cobre, que debe ser de 99,99%, y mnimas impurezas (menosde 0,01%, principalmente azufre).

Producto:

Electroobtencin


Electroobtencin


Electroobtencin

Composicin Ctodo Grado A

(High Grade)(Fuente: LME - BS EN

1978:1998 Copper Cathodes)

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Conceptos Generales de Hidrometalurgia de

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