introduccion a la geometalurgia 2014 - clase 1
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03/09/2014
1
I. Yacimientos de Cu
• Mercado del cobre
• Yacimientos Tipo Pórfido
• Yacimientos Enriquecimiento
Secundario o supérgeno
• Yacimientos Exóticos
II. Lixiviación en Pila
• Hidrometalurgia
• Lixiviación
• Lixiviación en pilas
• Extracción por solventes
• Electroobtención
Unidad I. Geo-Hidrometalurgia
CUPRITA
TENORITA
CH
ALC
AN
TIT
A
AN
TLE
RIT
A
BRO
CH
AN
TIT
A
MALA
QU
ITA
CALCOSINA
COVELINA
BORNITA CU°
Cu ++
CALCOSINACALCOPIRITA
pH
0
1,23
Eh
[Volt]
Zona lixiviada
Zona oxidada
Zona de
enriquecimiento
Zona hipógena
goethita
hematita
jarosita
atacamita
brochantita
crisocola
Calcosina
Covelina
calcopirita
molibdenita
pirita
nivel freatico
Superficie presente0 1 2 3
Cu
Cu
Cu
Contenido de metal %
Fe
Fe
Fe
Conceptos
Geometalurgia
Disciplina que relaciona la mineralogía, planificación minera y los procesos de la metalurgia extractiva.
Geometalurgista
Conector entre el geólogo de exploración, geólogo de mina, geólogo de planificación, geólogo de
producción, ingeniero de minas, ingeniero químico y metalurgista de procesos.
Visión geometalúrgica
Integración de conceptos mineralógicos y entendimiento de sus respuestas frente al proceso parcial o global
de beneficio (Mine toMill y Mine to Leach).
Introducción a la Geometalurgia
Conceptos
GeologíaYacimiento, alteración, litología, ocurrencia, textura.
MineralogíaMinerales de mena, arcillas, asociación, ganga, ganga reactiva, grado de liberación.
QuímicaContaminantes, leyes, elementos solubles, elementos insolubles, limites de detección, CIC.
MecánicaGeomecánica, dureza, porosidad, disgregación, chancabilidad.
HidráulicaConductividad hidráulica, Permeabilidad, humedad dinámica.
MetalúrgicaFlowsheet, lixiviación, cinéticas de reacción, recuperación, contaminantes.
Introducción a la Geometalurgia
Minerales de Cu
Sulfurados
Chancado
Molienda
Flotación
Secado
Fusión
Conversión
Piro refinación
Moldeo de ánodos
Electro refinación
Oxidados ó mixtos
Chancado
Aglomeración
Curado Acido
Lixiviación acida
Extracción por solventes
Electro obtención
Concentrado
Mercado del Cobre
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Mineralización hipógena o primaria de los pórfidos
Calcosina Cu2S 79.8% Cu
Bornita Cu5FeS4 63.3% Cu
Enargita Cu3AsS4 48.4% Cu 19,0% As
Tenantita (Cu,Fe)12As4S13 47.5% Cu 20,4% As
Tetrahedrita (Cu,Fe)12Sb4S13 34.8% Cu 29,6% Sb
Calcopirita CuFeS2 34.6% Cu
Pirita FeS2 0% Cu
Magnetita Fe3O4 0% Cu
Hematita Fe2O3 0% Cu
Molibdenita MoS2 59.9% Mo
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Yacimientos de Cobre
Zonas de alteración y minerales asociados
• Zona silícea: en el núcleo, cuarzo, magnetita
• Zona potásica: condiciones casi magmáticas en el centro con biotita, ortoclasa, cuarzo, anhidrita y
magnetita; metasomatismo fuerte.
• Zona fílica: en torno y sobreimpuesta a zona potásica con cuarzo, sericita y pirita hasta 20% en volumen.
• Zona propilítica: siempre presente en la periferia con clorita, epidota y calcita.
• Zona cálcico-sódica: profunda con actinolita, albita, epidota.
• Zona argílica: variable en intensidad, caolinita, montmorillonita, clorita, pirita.
• Zona argílica avanzada: tardía y en la porción más somera con caolinita, alunita, pirofilita, cuarzo
Yacimientos de Cobre
Proceso de Alteración Supergena
Proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena, en las condiciones oxidantes en las cercanías de la
superficie.
• Sobre el nivel de aguas subterráneas
• Circulación descendente de soluciones supérgenas
• Descomposición de la pirita (ecuación de Stokes, 1907)
5FeS2 + 14Cu+2 + 14SO4-2 + 12H2O 7Cu2S + 5Fe+2 + 24H+ + 17SO4
-2
• El acido contribuye a la disolución de los sulfuros hipógenos
• Hidrólisis de minerales silicatados (alteración supérgena)
• Formación de sulfatos solubles de metales (Cu, Mo, Zn y Ag)
• Neutralización de acido bajo nivel freático
• La calcosina incrementa las leyes de Cu
Yacimientos de Cobre
Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario
• Formados desde mineralización hipógena a través de episodios de:
- Erosión
- Exhumación
- Meteorización
• Perfil típico de un yacimiento de este tipo
- Zona lixiviada
- Zona oxidada
- Zona de enriquecimiento
- Hipógeno o primario
Yacimientos de Cobre
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Depósito de cobre con enriquecimiento secundario. Modificado de Solution Mining. Bartlett, R. 1992.
Zona lixiviada
Zona oxidada
Zona de
enriquecimiento
Zona hipógena
goethita
hematita
jarosita
atacamita
brochantita
crisocola
Calcosina
Covelina
calcopirita
molibdenita
pirita
nivel freatico
Superficie presente0 1 2 3
Cu
Cu
Cu
Contenido de metal %
Fe
Fe
Fe
Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario
Yacimientos de Cobre
Mineralización supergena o secundaria
Cu nativo Cu 100% Cu
Cuprita Cu2O 88,8% Cu
Calcosina Cu2S 79,8% Cu
Digenita Cu9S5 78,10% Cu
Anilita Cu7S4 77,62% Cu
Djurleita Cu31S16 70,34% Cu
Covelina CuS 66,4% Cu
Atacamita Cu2Cl(OH)3 59,5 % Cu
Brochantita Cu4(SO4)(OH)6 56,2 % Cu
Crisocola CuO⋅SiO2⋅H2O 33,9 % Cu
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Yacimientos de Cobre
Yacimientos exóticos
Fases precipitadas desde el transporte lateral de soluciones ácidas provenientes de yacimientos
supérgenos, así mismo y existiendo la presencia de aniones (cloruros, sulfatos, fosfatos) y condiciones de Eh
y pH favorables (carbonatos), se da lugar a mineralización de Cu.
CUPRITA
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CALCOSINA
COVELINA
BORNITA CU°
Cu ++
CALCOSINACALCOPIRITA
pH
0
1,23
Eh
[Volt]
Diagrama Eh-pH, sistema Cu-S-H2O, Tomado de Hidrometalurgia, E. Domic, 2001.
Yacimientos de Cobre
Depósito de mineralización exótica. Modificado de Curso de Metalogénesis. M. Pincheira. 2007.
Crisocola, atacamita, brocantita, chalc
antita, cobres negros, arcillas con
cobre, etc.
Enriquecimiento
secundario
Deposito de
óxidosGravas
mineralizadas
Yacimientos exóticos
Debido a la intensa interacción de soluciones acidas y gravas, existe también generación de zonas de
alteraciones argilicas, originando la presencia de arcillas del tipo caoliniticas y esmectiticas.
Yacimientos de Cobre
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Mineralización exótica
Tenorita CuO 79,9 % Cu
Paramelaconita Cu+2Cu++2O3 79,9 % Cu
Pseudomalaquita Cu5(PO4)2(OH)4 60,6 % Cu
Atacamita Cu2Cl(OH)3 59,5 % Cu
Malaquita Cu2(CO3)(OH)2 57,5 % Cu
Brochantita Cu4(SO4)(OH)6 56,2 % Cu
Antlerita Cu3(SO4)(OH)4 53,7 % Cu
Sampleita NaCaCu5(PO4)4Cl⋅5(H2O) 34.8 % Cu
Crisocola CuO⋅SiO2⋅H2O 33,9 % Cu
Chalcantita CuSO4⋅5(H2O) 25,5 % Cu
Kronquita Na2Cu(SO4)2⋅2(H2O) 18,8 % Cu
Turqueza CuAl6(PO4)4(OH)8⋅4(H2O) 7.8 % Cu
Cobres negros Cu-Fe-Mn-Al-SIO2 ?? % Cu
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Yacimientos de Cobre
Resumen de mineralogías mas importantes
Menas sulfuradas
Sulfuros primarios o hipógenos : Calcopirita, bornita, calcosina, molibdenita (Mo)
Sulfuros secundarios o supérgenos: Calcosina, covelina, digenita
Menas oxidadas
Óxidos supérgenos: Crisocola, atacamita, brocantita
Óxidos exóticos: Crisocola, malaquita, brocantita, azurita, cobres negros
Ganga
Minerales: Cuarzo, biotita, sericita, anhidrita, turmalina, calcita, magnetita, pirita, etc.
Arcillas: Esmectitas, caolin, illitas, cloritas
Yacimientos de Cobre
I. Yacimientos de Cu
• Mercado del cobre
• Yacimientos Tipo Pórfido
• Yacimientos Enriquecimiento
Secundario
• Yacimientos Exóticos
II. Lixiviación en Pila
• Hidrometalurgia
• Lixiviación
• Lixiviación en pilas
• Extracción por solventes
• Electroobtención
Unidad I. Geo-Hidrometalurgia
CUPRITA
TENORITA
CH
ALC
AN
TIT
A
AN
TLE
RIT
A
BRO
CH
AN
TIT
A
MALA
QU
ITA
CALCOSINA
COVELINA
BORNITA CU°
Cu ++
CALCOSINACALCOPIRITA
pH
0
1,23
Eh
[Volt]
Zona lixiviada
Zona oxidada
Zona de
enriquecimiento
Zona hipógena
goethita
hematita
jarosita
atacamita
brochantita
crisocola
Calcosina
Covelina
calcopirita
molibdenita
pirita
nivel freatico
Superficie presente0 1 2 3
Cu
Cu
Cu
Contenido de metal %
Fe
Fe
Fe
Introducción
Hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando
soluciones acuosas u orgánicas.
Temperatura: 25 a 250°C 298 a 523 K
Presiones: vacio a 5000 (Kpa) 725 (PSI) 50 (atm)
Variedad de técnicas y combinaciones para separar metales una vez que han sido disueltos a la forma de
iones en solución acuosa.
• Gran desarrollo en la últimas décadas
• Rango de aplicación
• Siempre creciente demanda de metales
• Agotamiento de los yacimientos (nuevas fuentes de metal, menas pobres y complejas)
Hidrometalurgia
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Introducción
Recursos denominados secundarios, que incluyen materiales complejos descartados de los procesos
pirometalúrgicos como:
• Escorias
• Polvos
• Ejes sulfurados
• Chatarras complejas
• Licores ácidos
• Barros
•Otros desechos
Hidrometalurgia
Procesos Hidrometalúrgicos
Ventajas
• Favorables a escalas pequeñas, en comparación a la pirometalurgia
• Para el tratamiento de menas complejas y producción subproducto.
• Menor mano de obra que la pirometalurgia
• Tratamiento de menas de baja ley (in situ)
• Gran capacidad de eficiencia energética (ROM baja ley, temperatura)
• Procesos alternativo en algunos casos a la pirometalurgia
• Alta capacidad de movilización de los productos procesados (soluciones)
Hidrometalurgia
Procesos Hidrometalúrgicos
Desventajas
• Si la ley del recurso es alta, al igual que su volumen, es económicamente deficiente en comparación ala
pirometalurgia.
• Alto consumo de insumos, combustibles y energía eléctrica, en comparación a la pirometalurgia (Ej.: Rx.
Exotérmicas)
• La ingeniería de una planta hidrometalurgia
• Los procesos hidrometalúrgicos pueden generar cantidades significativas
de efluentes líquidos y sólidos como descarte.
Hidrometalurgia
Procesos Hidrometalúrgicos
Etapas
1. Preparación de la mena
2. Lixiviación
• Reactivos de lixiviación
• Tipos de reacciones
- Procesos físicos
- Procesos químicos
- Procesos electroquímicos
- Procesos electrolíticos
3. Purificación de soluciones y precipitación de metal
Hidrometalurgia
Kydros, K.A., Matis, K.A. and Sphatis, P.K. The Use of Nitrogen in Flotation, in Flotation Science and Engineering (Ed. K.A. Matis), Marcel Dekker, New York, 473-491, 1995.
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Procesos Hidrometalúrgicos
Preparación de la mena
Procesos físicos Procesos químicos
• Chancado y molienda • Tostación (cambio mineral, ej.: As)
• Flotación • Otros
• Gravitacionales
• Electromagnetismo
• Separación sólido-líquido
Hidrometalurgia
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación
Disolución selectiva de los constituyentes de interés de la mena o concentrado para obtener una solución
acuosa conteniendo el metal valioso y un residuo insoluble conteniendo el material sin valor.
• Separación sólido-líquido
• Precipitación
La lixiviación es fundamentalmente un proceso de trasferencia de masa sólido-líquido.
• Condiciones ambientales (temp. y presión)
• Temperaturas elevadas
• Presión
Hidrometalurgia
Procesos Hidrometalúrgicos
Reactivos
• Agua (solubles, ej.: chalcantita)
• Ácidos: acido sulfúrico, acido clorhídrico, acido nítrico
• Bases: cal, hidróxido de sodio, hidróxido de amonio
• Agentes acomplejantes: amoniaco, sales de cianuro, sales de cloruros, sales de carbonatos
• Agentes oxidantes: oxigeno, sales férricas, peróxido de sodio, peróxido de
hidrogeno, permanganato, dióxido de manganeso
• Agentes reductores: monóxido de carbono (gas), dióxido de azufre (gas), hidrogeno (gas)
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila
En Chile, principal productor de Cu a nivel mundial, aproximadamente un tercio de esta producción (1,7
Mtpa Cu fino) es generada a través de los procesos de Heap y/o Dump Leaching, donde la mineralización
predominante de alimentación para estos procesos es proporcionada por yacimientos del tipo supergénicos
y exóticos.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
19
96
19
97
19
98
19
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20
00
20
01
20
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20
03
20
04
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05
Zambia
México
Perú
Estados Unidos
Chile
Participación
Mundial
SX-EW
Hidrometalurgia
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• Reacciones en medio acuoso : medio sulfúrico, medio cloruro.
• Cinéticas de disolución de los minerales: óxidos, secundarios, primarios.
CUPRITA
TENORITA
CH
ALCAN
TIT
A
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TLERIT
A
BRO
CH
AN
TIT
A
MALAQ
UIT
A
CALCOSINA
COVELINA
BORNITA CU°
Cu ++
CALCOSINACALCOPIRITA
pH
0
1,23
Eh
[Volt]
Diagrama de Pourbaix, sistema Cu-S-H2O,
Modificado de Hidrometalurgia, E. Domic. 2001.
Mineral Cinética
Atacamita Horas a díasCrisocolaNeotocitaTenoritaMalaquitaAzuritaBrocantita
Cobre nativo Días a mesesCalcocita
Bornita AñosCovelinaEnargitaCalcopirita
H.R. Watling. Hydrometallurgy 84 (2006)
81–108
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila
El proceso de lixiviación en pila permite la disolución del mineral para recuperar el metal de interés como
una solución rica. La reducción de tamaño, aglomeración, curado ácido, la técnica de apilamiento y la
percolación de la solución lixiviante, son los factores determinantes en la eficiencia del proceso.
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Chancado
El primer paso en el acondicionamiento del mineral es la reducción de tamaño; esta consiste en la trituración
de la roca proveniente de la mina o mineral de cabeza, mediante el uso de un circuito de chancado, con el fin
de generar una distribución granulométrica adecuada para maximizar la interacción con la solución lixiviante
y minimizar la generación de finos, provocando una mayor recuperación del metal. Además esta
granulometría debe permitir una permeabilidad mínima suficiente para evitar inundaciones.
Feed Bin
AlimentadorVibrat
orio
Grizzly
Chancador Primario
Mandibula
Chancador Secundario
Conico
Chancador Terciario
Conico
Vibrating Screen
Stock Pile Mineral
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Chancado
Primario Secundario - Terciario
http://www.break-day.com/ver3.0/how/3.htmhttp://www.yifancrusher.com/Jaw-Crusher.html
Hidrometalurgia
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Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado
El mineral chancado es aglomerado normalmente en tambores rotatorios, los cuales giran a una velocidad de
5 a 10 rpm y poseen una inclinación variable, la cual permite aumentar el flujo de mineral. Dentro de estos
tambores, el mineral es expuesto a una “ducha” de ácido sulfúrico concentrado, comúnmente al 95 %; con
esto se logra la aglomeración de los finos producidos en la etapa de chancado. Estos finos se adhieren a las
partículas más grandes formando glómeros, los cuales evitan que se produzcan arrastres de finos producto
de la normal estratificación en la pila durante el riego posterior de éstas. En algunos casos es común la
incorporación de aditivos que favorezcan las características de los glómeros.
Tambor Aglomerador
Alimentadores Vibratorios
Pila
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado
La adición de ácido sulfúrico en los aglomeradores, provoca un ataque químico intenso denominado curado
ácido. Este proceso genera la sulfatación de los minerales oxidados y de algunos sulfuros de cobre expuestos
al contacto con el ácido. El curado ácido es una práctica común en las plantas hidrometalúrgicas, ya que
diminuye el tiempo de lixiviación, aumenta la temperatura de la pila favoreciendo la cinética de las
reacciones, aumenta la concentración de la solución rica (PLS), disminuye la cantidad de agente lixiviante
utilizado en el riego y aumenta la recuperación.
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion
Antes del apilamiento se debe preparar el suelo donde será construida la pila, mediante la instalación de
membranas impermeables, las cuales permitirán la recolección del PLS hacia los costados, con una pendiente
que permita el escurrimiento. Las membranas están fabricadas de polietileno de alta densidad (HDPE). El
apilamiento se realiza mediante correas apiladoras, las cuales distribuyen en forma homogénea el mineral.
La altura de las pilas puede variar de 2,5 a 15 metros, dependiendo de la estabilidad del talud generado por
las características del mineral.
Overland Conveyor
Sistema Apilamiento Laurel
Tambor Aglomerador
Alimentadores Vibratorios
Pila
Hidrometalurgia
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Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion
© Google 2009
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion
La lixiviación propiamente tal comienza cuando el mineral es regado con la solución ácida, generalmente de
ácido sulfúrico o refino proveniente de la planta de SX, el cual ha sido acondicionado para el riego. Las pilas
son regadas mediante goteros y/o aspersores con tasas de riego comunes que varían de 3 a 40 lt/hr*m2. En
el caso de minerales oxidados el riego normalmente es continuo, sin embargo cuando se trata de minerales
sulfurados o mixtos se acostumbra un riego cíclico de manera de permitir una aireación y reposo de la pila en
el caso del uso de bacterias.
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviación
Hidrometalurgia
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Lixiviación en Pila - Extracción por solventes (SX)
Hidrometalurgia
6 gpl Cu
50 gpl Cu35 gpl Cu
0,5 gpl Cu
10 gpl Cu
6 gpl Cu
2 gpl Cu 4 gpl Cu
Lixiviación en Pila - Electroobtención (EW)
Anodo: H2O 2H+ + ½ O2 + 2e E°= -1,23 V (descomposición agua)
Cátodo: Cu2+ +2 e Cu° E°=0,34 V (precipitación de Cu)
Global: 2H2O + Cu2+ O2 + Cu + 2H+ E°= - 0,89 V (real 2 V)
El electrolito
• 30 – 50 g/l de Cu2+
• 130 a 160 g/l de H2SO4
• 40 °C
• 250 a 300 A/m2
45 – 55 Kg, 6 – 7 días
Hidrometalurgia
Lixiviación en Pila - Electroobtención (EW)
Hidrometalurgia
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