1MCC_2007

HIDROMETALURGIA HIDROMETALURGIA SITUACIN CASO COBRESITUACIN CASO COBRE

MCC_2007

ResumenResumen

Responsable del gran crecimiento de la produccin de cobre en la ltima dcada, llegando a producir la tercera parte de la produccin nacional

En parte por el desarrollo de la SX, extraccin por solventes (20 aos) a escala industrial y la posibilidad que abre la Lixiviacin Bacteriana, para el caso de los sulfuros

Es una tecnologa de bajo costo (informadas menores de 30 centavos US$/lb de cobre) en algunos casos

MCC_2007

HIDROMETALURGIAHIDROMETALURGIA

TRES ETAPAS: LIXIVIACITRES ETAPAS: LIXIVIACIN (LX) O DISOLUCIN (LX) O DISOLUCIN; N; EXTRACCIEXTRACCIN POR SOLVENTES (SX) Y N POR SOLVENTES (SX) Y ELECTROOBTENCIELECTROOBTENCIN (EW)N (EW)

ORIENTADA A MINERALES DE COBRE ORIENTADA A MINERALES DE COBRE LIXIVIABLES, PRINCIPALMENTE MINERALES LIXIVIABLES, PRINCIPALMENTE MINERALES OXIDADOSOXIDADOS

ORIENTADA A MINERALES DE CUALQUIER TIPO ORIENTADA A MINERALES DE CUALQUIER TIPO EN EL CUAL LA ESPECIE MINERALEN EL CUAL LA ESPECIE MINERALGICA DE GICA DE INTERINTERS SE S SE DISUELVEDISUELVE

EN SITUACIONES LA DISOLUCIEN SITUACIONES LA DISOLUCIN ES AYUDADA N ES AYUDADA POR AGENTE BIOLPOR AGENTE BIOLGICOS: LIXIVIACIGICOS: LIXIVIACIN N BACTERIANA O BIOMETALURGIABACTERIANA O BIOMETALURGIA

Al Al DISOLVERSE LA ESPECIE DE INTERDISOLVERSE LA ESPECIE DE INTERS, PASA A S, PASA A FORMAR PARTE DE UN FORMAR PARTE DE UN LIQUIDOLIQUIDO, , HIDROMETALURGIAHIDROMETALURGIA

MCC_2007

INTRODUCCIN DE TECNOLOGASINTRODUCCIN DE TECNOLOGAS HIDROMETALRGICAS.. Nada nuevo HIDROMETALRGICAS.. Nada nuevo hasta la hace 25 aos atrshasta la hace 25 aos atrs

Parte primera planta de LX amoniacal para CU2S, seguida de SX-EW.

Escondida1995

Primeras plantas LX-SX-EW, con TL bacterial, sobre minerales de Cu sulfurados a gran altitud.

1993/94

Proyecto ripios, en Mina Sur.

Lixiviacin en Botaderos + SX-EWChuquicamata1988

Para tratar liquidospercolados de la mina

Lixiviacin In Situ +SX-EWEl Teniente1986

Lixiviacin TL (aglomeracin-curado cido+LX en pilas no inundadas)

Extraccin por Solventes (SX)

TL Bacteriano + SX-EW

Lo Aguirre1980

1985

Lixiviacin por agitacin

Cementacin

Mantos Blancos

1960

Lixiviacin por agitacin

Remocin de Fierro

Potrerillos1927

Lixiviacin en Bateas

Electro-obtencin (EW)

Chuquicamata1915

TECNOLOGAPLANTAAO

2MCC_2007

HidrometalurgiaHidrometalurgia Tradicionalmente ha permitido el tratamiento de minerales

oxidados por la dificultad de disolver en condiciones econmicas las especies sulfuradas

Las recuperaciones de cobre son menores que las de las especies sulfuradas.

En esta opcin NO HAY SUBPRODUCTOS Tecnologa de baja empleabilidad La tecnologa hidro evolucion desde LX-Precipitacin (o

cementacin) a LX-SX-EW LX bacteriano SX EW LX: lixiviacin (disolucin) LX bacteriano: disolucin de especie de inters ayudada

por bacterias, las cuales en gran medida catalizan la reaccin de oxidacin de especies sulfuradas de cobre

SX: Extraccin por solventes (etapa de purificacin y concentracin de solucin acuosa)

EW: electrowinning o electro obtencin de cobre precipitado catdicamente en sistema electroltico

Precipitacin cementacin: etapa opcional posterior a la LX en la cual a la solucin acuosa que contiene CuSO4disuelto se le agrega Fe (fierro metlico en la forma de chatarra de acero generalmente) con lo cual se forma FeSO4 y el cobre precipita en la forma de slido muy fino en la solucin

MCC_2007

Alcance del temaAlcance del tema

Visualizacin de la evolucin de las tecnologas hidrometatrgicas de minerales oxidados, algunos minerales sulfurados (calcocita=Cu2S) y en el futuro cercano la calcopirita

Desde el momento que se pueda lixiviar (disolver) econmicamente y ambientalmente otras especies, la hidrometalurgia es una buena opcin

Distinguir los principios que gobiernan las diferentes etapas de la hidrometalurgia

Establecer las diferencias entre la obtencin de ctodos electroobtenidos (EW) con respecto a los electrorefinados(ER)

Visualizar - Mostrar que los principios de la ER y/o EW son equivalentes a los electrorecubrimientos de materiales. Electroplating con aplicacin extensa en el campo de los materiales de Ingeniera (estaado, cromado, plateado, aluminizado , zincado)

Ver video en CD proceso mina Radomiro Tomic (Codelco)

MCC_2007

Las dos opciones actuales de Procesamiento del CobreLas dos opciones actuales de Procesamiento del Cobre

MCC_2007

3MCC_2007

CONCENTRADO O MINERAL ROM

TAMBIENTE MAYOR

SOLUCIN LQUIDA CON CONCENTRADOS DISUELTOS

SOLUCIN QUE DISUELVE ESPECIES

DE INTERES

P = 1 ATM SOBREPRESIN

LIXIVIACIN(DISOLUCIN)

CIDA ALCALINA AMONIACALES OXIDANTE(DEPENDER(DEPENDER DE LA DE LA ESPECIE POR ESPECIE POR DISOLVER)DISOLVER)

PRECIPITACIN INTERCAMBIO INICO

EXTRACCIN POR SOLVENTES

Cemento de COBRESlido

++FeFe

LQUIDO CON ESPECIE DE INTERS EN SOLUCIN LIQUIDA, MS CONCENTRADA y/o PURA

ETAPA PURIFICACIN / CONCENTRACIN

ELECTROOBTENCIN

CATODOS DE COBRE

MCC_2007

HIDROMETALURGIA: Etapa LXLixiviacin

Slido Chancado

FASE

ACUOSA

Minerales sobre 0,5% CuConcentrados

Productos IntermediosPRODUCTOS DE BOTADEROS

Sulfuros y xidos

De:Cobre, Oro, Plata

Desde:

Metales Disueltos

Acidos:Sulfrico, Ntrico, Clorhdrico

Alcalis: Hidrxido y Carbonato de Sodio,

CuCu++++

MCC_2007

PROCESO HIDROMETALRGICO LX-SX-EW

Solucin

CargadaExtraccin -

Purificacin Cu++

SolucinAgotada

SolucinAgotada

Solucincon Cu++

Carguo PILA de LX

ELECTRO

obtencin

EW SX

MCC_2007

Especies Especies mineralgicasmineralgicas:A) OXIDADOSOXIDADOS: Carbonatos

HidroxisilicatosOxidos

B) SULFUROSSULFUROS: Tipo calcocita

ETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALRGICORGICO

CuCO Cu OH3 2 ( )C uO SiO H O2 22

Cu O CuO2 ,Cu S2

OHSOCuSOHCuO 22

42

42

+++ +=+

OHSOCuSOHOSCu 22

42

22 225,0 42 +++++=+

CHANCADO(MOLIENDA)CHANCADO(MOLIENDA)

LIXIVIACIN (LX)Botaderos, pilas, estanques (c/s

agitacin)

LIXIVIACINLIXIVIACIN (LX)(LX)Botaderos, pilas, estanques (c/s

agitacin)

SOLUCIN DE COBRESOLUCIN DE COBREy otros elementos

Ayudado con bacterias y pila aireadaAyudado con bacterias y pila aireada

4MCC_2007

Esquema GeneralEsquema GeneralCHANCADO (MOLIENDA)CHANCADO (MOLIENDA)

LIXIVIACIN(LX)

LIXIVIACINLIXIVIACIN(LX)(LX)

SOLUCIN SOLUCIN (L) (L) DE DE COBRECOBRE

y otros elementos

CEMENTACINCEMENTACINCEMENTACIN

=++=++ ++4

)( 4 SOFeCuFeSOCu DEPOSITADOCHATARRALIQUIDO

PURIFICACIN Y CONCENTRACIN (SX)PURIFICACIN Y PURIFICACIN Y

CONCENTRACINCONCENTRACIN (SX)(SX)

Cu RH R Cu H+ ++ +2 22 2Reaccin Global:

Solucin Lquida Solucin Lquida solo Cu disuelto solo Cu disuelto

a etapa de ELECTROOBTENCINa etapa de ELECTROOBTENCIN

MCC_2007

MCC_2007

ETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALRGICO 2/2ETAPAS GENERALES PROCESO HIDROMETALRGICO 2/2

MCC_2007

Esquema general de las 3 etapas principalesEsquema general de las 3 etapas principales

5MCC_2007

SX: Extraccin por solventesSX: Extraccin por solventes

Esta etapa es posterior a la LX y tiene por objetivo inicialmente EXTRAEREXTRAER solamente el cobre desde la solucin de LX, mediante una solucin orgnica (aceite):

Posterior a la EXTRACCIN el cobre est en la fase Aceite y debe ser REEXTRADOREEXTRADO desde ella

Estas etapas (Extraccin y Re-extraccin) se realizan en PISCINAS ESTANQUES, en donde se logra el traspaso de iones luego de lograr una gran superficie de intercambio.

( ) ( )[ ][ ] ( ) LX hacia acuosoEn Aceite FaseEn 2

Aceite Fase CompuestoLX desde AcuosoEn 2

2

2

+

+

+

+

HCuR

RHCu

[ ] ( )( ) ( )[ ] EXTRACCIONA Aceite Faseen CompuestoEW hacia Acuoso2

EW de salida acuosoEn Aceite FaseEn 2

2

2

RHCu

HCuR

+

+

+

+

MCC_2007

Segunda etapa: extraccin por solvente (SX)

CUL ES EL OBJETIVO?CUL ES EL OBJETIVO?En esta etapa la solucin que viene de las pilas de lixiviacin,se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9 (g/l) a 45 (g/l), mediante una extraccin inica..

CMO SE HACE?CMO SE HACE?Para extraer el cobre de la solucin de lixiviacin, sta se mezcla con una solucin de parafina y resina orgnica. La resina de esta solucin captura los iones de cobre (Cu+2) en forma selectiva. De esta reaccin se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solucin empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviacin y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solucin electrolito rica en cido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solucin), mejorando la concentracin del cobre en esta solucin hasta llegar a 45 (g/l). Esta es la solucin que se lleva a la planta de electroobtencin.

MCC_2007 MCC_2007

6MCC_2007

||

MCC_2007

EXTRACCIN POR EXTRACCIN POR SOLVENTES: SOLVENTES: TERMODINMICATERMODINMICAEstas relaciones permiten observar que se trata de la misma ecuacin qumica que manejada adecuadamente (mediante el pH) puede EXTRARSE el cobre desde la solucin de LX y posteriormente REEXTRAERSE hacia una solucin acuosa que va hacia la electroobtencin

MCC_2007

Esquema Mezclador

MCC_2007

7MCC_2007

Acidified Liquor SprayCopper LoadedExtractant

Strip

Solution ELECTROWINNING

High Grade

Copper catodeLeachPad

Reffinate

LiquorStorage

LEACHING

EXTRACT

STAGE

Feed Mixer

STRIP

STAGE

Regenerated Extractant

Settler

ConcentratedCopper Electrolyte

SOLVENT EXTRACTION

MCC_2007

Permite observar tres circuitos:

Solucin acuosa de LX y hacia Extraccin

Solucin orgnica / etapas Extraccin y Re-extraccin

Solucin acuosa de EW hacia ReExtraccin (Stripping)

MCC_2007

ElectroWinning (EW): ElectroWinning (EW): ElectroObtencinElectroObtencin

El electrolito entrada trae 45(g/l) de cobre

En nodo insoluble se produce H+, e- y O2

El Cu se deposita en el ctodo con gran consumo energtico

MCC_2007

CATODOS ELECTROCATODOS ELECTRO-- refinadosrefinados electrolticamenteelectrolticamente

ANODO REACCION 2CATODO REACCION 2

2

2

+

+

+

+

eCuCu

CueCu

8MCC_2007

ElectroWinning (EW): ElectroWinning (EW): ElectroObtencinElectroObtencin

Se trata de un sistema que est formado por:

EL electrolito que contiene el cobre, proveniente de la Re-Extraccin

Un nodo (que no contiene cobre), que cumple el rol de tal al imponer una diferencia de potencial

Es de Plomo y es insoluble en la solucin acuosa

Un ctodo (en este caso) de acero inoxidable

Al aplicar la diferencia de potencial requerida se logra:

Generar en el nodo los electrones necesarios que viajan hacia el ctodo y as permitir la depositacin del cobre all

Generar en el nodo e introducir a la solucin acuosa los iones H+ necesarios para compensar la salida de los iones Cu+2 que se depositan en el ctodo

Adicionalmente se produce O2 gaseoso en el nodo

MCC_2007

DATA: Serie electromotriz elementosDATA: Serie electromotriz elementos

Ordenamiento de oxidacin de los diferentes metales en soluciones acuosas, con respecto a electrodo de hidrgeno

Estas tablas estn referidas a metales en contacto con soluciones acuosas con una concentracin de 1M (un mol por litro de solucin)

Permite deducir que metal tiene comportamiento andico frente a otro

MCC_2007

EJEMPLO DE VOLTAJE GENERADO AL PONER EN CONTACTO EN UN EJEMPLO DE VOLTAJE GENERADO AL PONER EN CONTACTO EN UN ELECTROLTO DOS SOLUCIONES EL COBRE ES ANDICO Y LA ELECTROLTO DOS SOLUCIONES EL COBRE ES ANDICO Y LA

PLATA ES CATDICAPLATA ES CATDICA

MCC_2007

9MCC_2007

(a) Una celda electroqumica simple (b) Una celda de corrosin entre una tubera de acero que

trasnporta agua y un fitting de cobre

En general, la corrosin sucede de 2 maneras: Corrosin qumica, en la cual el metal es disuelto por un lquido

corrosivo. Corrosin electroqumica, se retiran electrones del metal del material

slido como resultado de un circuito elctrico producido

MCC_2007

PROTECCIN DE TUBERAS BAJO TIERRA

a) nodo de sacrificio

b) Proteccin CATDICA por voltaje impreso

MCC_2007

ELECTROPLATINGELECTROPLATING

En general se puede electro-recubrir materiales en un circuito electroqumico

Debe disponerse de una solucin que contenga o acepte al elemento a recubrir en forma disuelta..

Se puede imponer un voltaje para uno de los electrodos acte como ctodo o nodo, o alternativamente en forma natural uno de ellos ser el ctodo

En cualquier caso se requiere de un electrolito conductor y aparecer una diferencia de potencial asociada al sistema

MCC_2007

ACERO GALVANIZADO VERSUS ESTAADO?

10

MCC_2007

Minera Minera ZaldivarZaldivar