UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL

PERU

INGENIERIA DE SEGURIDAD INDUSTRIAL Y MINERA

CURSO:PROCESOS INDUSTRIALES EN MINERIA

ING. MIGUEL ORDOEZ PANIBRA

HIDROMETALURGIA DEL COBRE

Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviacin

selectiva ( disolucin )de los componentes valiosos de las

menas y su posterior recuperacin de la solucin por

diferentes mtodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere

al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente

de disolucin.

La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de

procesos de lixiviacin y precipitacin por medio de

electrlisis, donde los procesos electroqumicos son

precedidos por los procesos hidrometalrgicos.

HIDROMETALURGIA DEL COBRE

Hay tres principales etapas de los procesos

hidrometalrgicos :

( 1 ) Disolucin del componente deseado presente

en la fase slida.

( 2 ) Concentracin y/o purificacin de la solucin

obtenida.

( 3 ) Precipitacin del metal deseado o sus

compuestos.

ELECTROMETALURGIA

La ELECTROMETALURGIA consiste en la produccin de depsitos metlicos mediante la aplicacin de la ENERGIA ELECTRICA.

Se distingue :

La electrometalurgia en solucin acuosa :

Aplicada fundamentalmente a la produccin de Cu, Zn, Ni, Co, Pb, Ag, Au y otros metales menores (Cd, Cr, Mn, Ga, Ti, Te ).

La electrometalurgia en sales fundidas :

Aplicada principalmente a la produccin de Al, Li, Mg, Na, K y otros metales menores (Tierras raras, Ti, V, W, Zr, Th).

PROCESOS ELECTROMETALRGICOS

Segn el tipo de depsito obtenido, se distinguen los siguientes

PROCESOS ELECTROMETALURGICOS :

1.-ELECTROOBTENCION (Electrowinning) de metales : Consiste en

la extraccin de metales a partir de soluciones, en forma de depsitos

metlicos puros, densos y compactos o depsitos metlicos en polvo

(pulvi-electrometalurgia) o bien, depsitos de compuestos metlicos

(xidos, hidrxidos o sales).

2.-ELECTROREFINACION (Electrorefining) de metales : Es la

obtencin de depsitos metlicos de alta pureza a partir de un metal

impuro.

3.-GALVANOPLASTIA (Electroplating) : Es el recubrimientos

metlicos delgados con fines anticorrosivos o estticos (cromados).

4.-ELECTROCONFORMADO (Electroforming) : Es la elaboracin de

piezas metlicas especiales por va electroltica

ESQUEMA GENERAL

CELDAS DE ELECTRLISIS

Una celda de electrlisis est constituida por :

LA CELDA MISMA : Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. En algunos casos, la celda puede ser constituida por dos mitades, conectadas entre s por un puente salino.

EL ELECTROLITO : Un medio acuoso, que contiene los iones del metal a depositar y otros iones que migran permitiendo el paso de la corriente entre los electrodos.

EL NODO : Material slido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de oxidacin con liberacin de electrones.

Ejemplo : Zn => Zn2+ + 2 e-

EL CTODO : Electrodo slido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de reduccin con los electrones provenientes del nodo.

Ejemplo : Cu2+ + 2 e- => Cu

CELDAS DE ELECTRLISIS

CELDAS DE ELECTRLISIS

PROCESO ELECTROQUMICO

Se realiza simultneamente dos reacciones denominadas andicas y catdicas.

LA PRIMERA o REACCIN ANDICA, sucede una transformacin qumica de oxidacin y se liberan electrones.

LA SEGUNDA o REACCIN CATDICA involucra un proceso qumico de reduccin con participacin de los electrones liberados en el nodo y que viajan por

CONDUCTORES ELECTRNICOS (cables) que unen el ctodo con el nodo.

En la solucin, no hay desplazamiento de electrones, sino que los iones se desplazan en la solucin.

Los aniones (-) van hacia el electrodo de carga positiva y

Los cationes (+) hacia el electrodo de carga negativa. El electrolito es un CONDUCTOR IONICO.

PROCESO ELECTROQUMICO

Pueden ser clasificados en dos tipos segn sean espontneos o no

1.-Los procesos espontneos se denomina GALVNICA o PILA. Y suceden sin aporte de energa.

2.-Los no espontneos se realizan por medio de la aplicacin de corriente externa y se realizan en una celda llamada ELECTROLITICA.

Los procesos de electrodeposicin de metales no son espontneos y necesitan un aporte de energa elctrica para ser forzados a ocurrir.

La FUENTE DE ENERGIA ELECTRICA debe proporcionar corriente

continua o directa (DC) a la celda, permitiendo el flujo forzado de

electrones entre el nodo y el ctodo dnde son consumidos. En

forma simple, la fuente de energa acta como bomba impulsora

de electrones que fluyen por los conductores y los electrodos.

REACCIN QUMICA

En la prctica, se acostumbra escribir una reaccin qumica, bajo la forma :

aA + bB cC + dD (1) En (1), a,b,c,d : Coeficientes estequiomtricos

A,B : Reactantes

C,D : Productos

El valor de la energa libre estndar de la reaccin (G) puede determinarse

conociendo los potenciales qumicos estndares o las energas libres de formacin

de los reactantes y productos

REACCIN ELECTROQUMICA

Por lo general, una reaccin electroqumica

(o semi reaccin), es decir en que participan

adems electrones, se escribe en el sentido

de la reduccin (captacin de electrones) :

Ox. : Especie oxidante

Red. : Especie reductora

n : Nmero de electrones que participan en

la reaccin

LIXIVIACIN

en minera el trmino lixiviacin se define como un proceso hidro-

metalrgico. Esto significa que, con la ayuda del agua como medio de

transporte, se usan qumicos especficos para separar los minerales

valiosos (y solubles en dichos lquidos) de los no valiosos. Este proceso

permite trabajar yacimientos que suelen ser calificados de baja ley (y por

tanto de ms alto costo de produccin por tonelada) siempre que la

operacin minera involucre una actividad a gran escala. Es decir, que la

lixiviacin es un proceso de recuperacin que har econmico un proyecto

conforme se trabajen mayores volmenes de material.

DESCRIPCIN DEL PROCESO 1. La preparacin del material.

El material extrado de un yacimiento para su lixiviacin inicia su camino de

preparacin con su fragmentacin (chancado y molienda) para obtener dimensiones

mucho ms pequeas de lo que antes eran grandes pedazos de rocas (el tamao

final puede alcanzar hasta un tamao de 30 micras con el objeto de que el proceso

de separacin del mineral valioso sea ms eficiente y rpido.

2. El transporte de material a la zona de lixiviacin

Luego del chancado y molienda, el material debe ser llevado y dispuesto

adecuadamente sobre el rea de lixiviacin. Por lo general las operaciones mineras

usan para ello volquetes gigantes, aunque en algunos casos se realiza este trabajo

mediante fajas transportadoras.

3. Formando pilas

Para el adecuado proceso, es necesario que el material molido sea acumulado sobre

la membrana impermeable en montculos (pilas) de varias toneladas, formando

columnas de ellos de manera ordenada.

DESCRIPCIN DEL PROCESO

4.- Baado o Riego

Es la aplicacin en repetidas oportunidades y lentamente, a modo de riego por goteo o aspersores, una solucin especial sobre la superficie del material. Lo solucin es la mezcla de qumicos disueltos en agua, los cuales varan dependiendo del material que se este trabajando y los productos a obtener (oro, cobre, etc.).

La solucin lquida tiene la propiedad de disolver el mineral y de esa manera fluir con el lquido hacia el sistema de drenaje

5. Almacenaje y recuperacin

la sustancia obtenida del proceso de riego es transportada hacia pozas construidas y acondicionadas para almacenarlas en tanto se programe su

ingreso a la siguiente etapa del proceso (recuperacin y concentracin).

Cabe indicar que al igual que se recupera mineral valioso de la sustancia obtenida, se recupera tambin el agua involucrada en ella, la misma que se reutiliza en los siguientes procesos de lixiviacin, buscando hacer un uso ms eficiente de este recursos.

PRCTICA DE LA LIXIVIACIN

En general, la prctica industrial de la lixiviacin presenta diferentes sistemas de operacin que se seleccionan de acuerdo a factores tcnicos y econmicos en el anlisis de un proyecto, algunos de los cuales son :

- ley de la especie de inters a recuperar

- reservas de mineral

- caracterizacin mineralgica y geolgica

- comportamiento metalrgico

- capacidad de procesamiento

- costos de operacin y de capital

- rentabilidad econmica, ...

RIEGO DE LA PILA

El riego de las pilas se puede realizar fundamentalmente por dos procedimientos :

por aspersin o por distribucin de goteo, este ltimo siendo recomendable en caso de escasez de lquidos y bajas temperaturas Fig a y b). En la industria, se utiliza generalmente una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/h.m2.

El riego tiene que ser homogeneo

DISEO DE LAS PILAS

Datos

Capacidad de la planta : 48000 tCu/ao = 4000 tCu/mes = 133 tCu/da

Ley del mineral : 0.95 % CuT

(0.80% Cu soluble + 0.15% Cu insoluble)

Fierro : 5%

Consumo de cido : 3.5 kg cido/kg Cu producido

Recuperacin en la pila : 80% CuT en 2 meses (le da las pruebas piloto)

Granulometra : 100% < 3/8"

Altura de la pila : 5 m (parmetro de diseo)

Densidad aparente del mineral en la pila : 1.45 t/m3 (material chancado)

Capacidad de la planta de chancado

Se recupera 80% x 9.5 kg Cu/TMS = 7.6 kg

Cu/TMS (TMS = Tonelada Mtrica Seca).

Entonces, se tiene que procesar

Diagrama de flujo simplificado de una plantade lixiviacin de cobre.

Superficie de terreno El ciclo de lixiviacin de una pila de mineral es de 2 meses.

Entonces, el stock de mineral en la planta es de 17500 TMS/da x 60 das = 1.050.000 TMS.

Si se consideran pilas rectangulares (aproximacin) de 5 metros de altura, se puede almacenar 1.45 TMS/m3 x 5 m = 7.25 TMS/m2.

La superficie de las pilas en funcionamiento es de

Pero todos los das, hay por lo menos una pila en carga, otra en descarga y se necesita espacio para el movimiento de las mquinas. La prctica indica que esos espacios ocupan un 10% de la superficie de las pilas en funcionamiento.

Se necesita entonces una superficie total de terreno de 144827 m2 x 110% = 159310 m2.

Eso corresponde a una rea de 400 m x 400 m, o 200 m x 800 m, o 100 m x 1600 m.

PURIFICACIN Y CONCENTRACIN DE

LA SOLUCIN

En un proceso de purificacin o de concentracin, siempre hay dos fases en contacto ( lquido - slido o lquido - lquido).

Los procesos de purificacin y/o concentracin son muy variados

y dependen de :

la naturaleza del elemento deseado

las impurezas presentes en la solucin

el tipo de proceso de recuperacin

el grado de pureza deseado para el producto final

Los procesos de purificacin y/o concentracin se pueden dividir en varias categoras :

Hidrlisis

Cementacin

Precipitacin de un compuesto especfico

Extraccin por solventes

Resinas de intercambio inico

HIDROLISIS

Los procesos de hidrlisis se basan fundamentalmente en el mismo tipo de

reaccin de precipitacin de hidrxido, con la diferencia de que en la mayor parte

de los casos no se termina la reaccin en un hidrxido sino en una sal bsica, en

una sal doble o hasta en un xido.

Hematita

La precipitacin del hierro como hematita se fundamenta en la siguiente reaccin :

2 Fe3+ + 3 H2O => Fe2O3 + 6H+

CEMENTACIN

La cementacin de un metal a partir de una solucin,

depende de una reaccin de desplazamiento en la cual un

metal menos noble reduce a los iones del metal por

precipitar al estado metlico. Entonces, ste sale de la

solucin, y los iones del metal menos noble entran en la

solucin para substituirlos.

Por ejemplo :

Cu2+ + Zn => Cu + Zn2+

EXTRACCIN POR SOLVENTES

El proceso de extraccin por solventes, conocido

en la hidrometalurgia del cobre tambin como SX

(del ingls Solven Extracction)

consiste en la extraccin selectiva del cobre

contenido en las soluciones de lixiviacin

mediante un solvente orgnico, para luego

transferirlo a una solucin de sulfato de cobre

pura y concentrada, denominada electrolito rico.

DESCRIPCIN GENERAL DEL PROCESOS SX

La planta SX recibe la solucin rica generada en la etapa de lixiviacin en pilas de

minerales de cobre.

Esta solucin se caracteriza por tener una baja concentracin

de cobre disuelto, junto con impurezas como el Fe, Cl, Al, Mn, Mg, Na y otros

disueltos durante el proceso (Figura 4.4).

El objetivo del proceso SX es extraer selectivamente el cobre contenido en esta

solucin rica impura, mediante intercambio inico entre la fase acuosa (solucin

rica) y el reactivo orgnico.

Este reactivo es capaz de descargar el cobre en una

etapa posterior del proceso a una solucin de alta pureza y concentracin de

cobre y cido, formando un electrolito apto para ser electro depositado en el sector

EW (Figura 4.5).

PROCESO SX - EW DE COBRE

EXTRACCIN (EXTRACTION)

La solucin rica proveniente de las pilas es mezclada con la fase orgnica

(orgnico descargado), para extraer SELECTIVAMENTE el cobre obteniendo una

solucin pobre en cobre, llamada refino, que es reciclada a la etapa de lixiviacin

en pilas. Se obtiene en esta etapa una fase orgnica cargada, que es avanzada a

la siguiente etapa.

RE EXTRACCIN (STRIPPING)

El orgnico cargado se pone en contacto con electrolito pobre proveniente del proceso de electroobtencin, de alta acidez (150-200 gpl H2SO4).

El cobre pasa de la fase orgnica a la fase acuosa, obtenindose una fase orgnica descargada que se recicla a la etapa de extraccin y un electrolito rico que avanza hacia la electroobtencin.

EN RESUMEN, LA EXTRACCIN POR SOLVENTES TRANSFIERE EL COBRE DESDE LA SOLUCIN RICA AL

ELECTROLITO, POR INTERMEDIO DE LA FASE ORGNICA.

LIXIVIACIN - EXTRACCIN POR SOLVENTES -

ELECTROOBTENCIN DE CU.

PROCESO ELECTROQUMICO

Un proceso de naturaleza electro-qumica se caracteriza por presentar la realizacin simultnea de dos reacciones denominadas andicas y catdicas.

En la primera sucede una transformacin qumica de oxidacin y se liberan electrones. La reaccin catdica involucra un proceso qumico de reduccin con participacin de los electrones liberados en el nodo y que viajan por CONDUCTORES ELECTRNICOS (cables) que unen el ctodo con el nodo.

En la solucin, no hay desplazamiento de electrones, sino que los iones se desplazan en la solucin. Los aniones (-) van hacia el electrodo de carga positiva y los cationes (+) hacia el electrodo de carga negativa.

El electrolito es un CONDUCTOR IONICO.

ELECTRO OBTENCIN DE COBRE

El proceso de electro obtencin de cobre consiste bsicamente

en la transformacin electroqumica del cobre disuelto en un

electrolito en cobre metlico depositado en un ctodo,

mediante la utilizacin de energa elctrica proveniente de una

fuente externa. El cobre inico (Cu2+) del electrolito es

depositado selectivamente sobre la superficie del ctodo y a la

vez se descompone agua en oxigeno y cido sulfrico en la

superficie de nodos insolubles de plomo.

Este proceso electroltico y las reacciones involucradas se

presentan esquemticamente en la figura 5.13 . Dado que el

cobre es ms bien un metal noble ( E = 0.34 V), el proceso de

electro obtencin es relativamente simple y puede ser

realizado sin peligro de desprendimiento de hidrogeno ( E =

0V).

PROCESO DE ELECTROOBTENCIN DE COBRE.

ELECTRO REFINACIN DE COBRE

Los nodos se moldean en la fundicin y son

de cobre impuro (99.4 a 99.8 % Cu) y los

ctodos son lminas de cobre puro (99.98 %

Cu) u de acero inoxidable sobre el cual se va a

depositar el cobre puro.

REACCION ANODICA : Cu => Cu2+ + 2e- E = 0.34 V

(Disolucin de cobre)

REACCION CATODICA : Cu2+ + 2e- => Cu E = 0.34V

(Precipitacin de cobre)

REACCION DE CELDA O GLOBAL : Cu => Cu E = 0 V

ELECTRO REFINACIN DE COBRE

Resultados del proceso electroltico :

* Depositacin de cobre puro en el ctodo

* Disolucin de cobre impuro en el nodo

* El electrolito se enriquece en impurezas y en cobre

* Se produce un barro andico, rico en Au y Ag

El electrolito es una solucin cida de sulfato de cobre que contiene entre 40 y 50 g/l de Cu2+ y 180 a 200 g/l de H2SO4. La temperatura de trabajo es del orden de

60 C y la densidad de corriente varia entre 180 y 250 A/m2.