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LIXIVIACIN
Claudio Vsquez Valdenegro
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
Los minerales oxidados de
cobre son tratados por
mtodos hidrometalrgicos
y cuya qumica fundamental
no es de complejidad. La
limitante del proceso se
debe a los grandes
volmenes de reactivos
utilizados debido al altotonelaje para tratar
minerales de baja ley.
http://www.codelco.com/images/comercializacion/catalogos/catodos/proceso/oxides1.gif -
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Agua
H2O
H+
OH-
H2SO4
H+
Cl-
H+
SO42-
SO42-
H+
Oxidos de Cobre
Al3+
Cu2+
Cu2+
Fe2+
Soluciones
Ricas o PLS
Electrlitos
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H+
Cu2+
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
La qumica es de descomposicin, obteniendo productos solubles en agua
o en exceso de lixiviante.
En general, las reacciones qumicas de LX para minerales oxidados, estn
reguladas slo por valores de pH y no son necesarios agentes oxidantes
(como s lo es en el caso de LX de minerales sulfurados)
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Por qu no se prefiere lixiviar los sulfuros de cobre?
Fe3+
e-
Fe2+
Cu2+Fe2+
Fe3+
S0
S0
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
Las reacciones qumicas se realizan a temperatura ambiente y presin
atmosfrica, siendo el agente lixiviante ms utilizado, el cido sulfrico. Al
reaccionar, el cobre se presenta en solucin en forma de sulfato cprico o
cloruro cprico, ambas formas solubles en soluciones a determinado pH.
El aumento en la presin y en la temperatura favorece el proceso de LX, pero
no es viable econmicamente.
Mayores concentraciones de lixiviante mejora la disolucin de cobre, pero
tambin se incrementan las reacciones parsitas con la ganga, aumentando
las impurezas y encareciendo el proceso hidrometalrgico.
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REACCIONES QUMICAS EN MINERALESOXIDADOS DE COBRE
Principales reacciones de minerales oxidados:
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REACCIONES QUMICAS EN MINERALESOXIDADOS DE COBRE
Principales reacciones de minerales oxidados:
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REACCIONES QUMICAS EN MINERALESOXIDADOS DE COBRE
Principales reacciones de minerales oxidados:
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
Los minerales de cobre ms simples de lixiviar son los sulfatos y los
sulfatos bsicos (antlerita y brochantita). La chalcantita puede disolverse
en agua pura sin la necesidad de agregar cido sulfrico.
Los carbonatos como la azurita y la malaquita se disuelven a una alta
velocidad y eficiencia. La tenorita (CuO) presenta caractersticas similares,
sin embargo, el consumo de cido es mayor. La cintica de disolucin de laatacamita (Cu4(OH)6Cl2), es similar a la de los carbonatos, pero aporta
cloro a la solucin de PLS.
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Los silicatos de cobre son menos solubles, llegando incluso a ser
refractarios a la LX. La crisocola es ms lixiviable que la dioptasa
(Cu6(Si6O18)6H2O), pero menos que los carbonatos, sulfatos bsicos o
que la tenorita. La crisocola requiere mayor tiempo de lixiviacin y mayorconcentracin de cido, pero no requiere la presencia de un oxidante.
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La siguiente tabla presenta los valores de pH de equilibrios y las energas
libres estndar de formacin para las reacciones a 25C. La energa libre
de Gibbs (G), es un parmetro termodinmico que mide la espontaneidad
de una reaccin qumica, mientras ms negativo, ms favorable es la
reaccin.
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
La cuprita es una excepcin, slo la mitad del cobre contenido entra en solucin quedando el
resto como cobre elemental. Es la reaccin de dismutacin del cobre:
En este caso, es necesaria la presencia de un agente oxidante (in frrico) para completar la
disolucin del cobre elemental.
La reaccin global tiene un G = -25,44 Kcal. La reaccin puede realizarse alternativamente
pulverizando el mineral y suministrando oxgeno.
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
En cualquier sistema de LX es inevitable la disolucin de otros elementos o
impurezas, generando soluciones poli-inicas que deben ser purificadas
antes de la precipitacin del cobre como metal o como sal.
Las siguientes reacciones (tenorita, cuprita, antlerita, brochantita,chalcantita) producen sulfato cprico puro y pueden ser precipitadas en
forma directa sin la necesidad de pasar por una etapa de purificacin de
soluciones (SX):
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LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOSDE COBRE
El principal contaminante en la LX es el Cl- (a concentraciones mayores de
0,3g/L), debido a que corroe el nodo de Pb-Sb-Ag y a su vez el Pb
liberado contamina el ctodo de Cu en EW, afectando su maleabilidad.
El contenido de Fe total es otra de las impurezas dainas en los procesoshidrometalrgicos. Las principales especies de Fe asociadas a minerales
de Cu son la pirita (FeS2), arsenopirita (FeAsS), pirrotita, limonita (Fe3O3),
hematita (Fe2O3)y magnetita (Fe3O4) y tienen la particularidad de ser
insolubles o lentamente solubles en solucin cida, contaminando elproceso.
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QUMICA Y MECANISMOS DE LX DE MINERALESSULFURADOS DE COBRE EN MEDIO Fe+3 / H2SO4
La mayora de los minerales oxidados son solubles en cido, sin embargo,
los minerales sulfurados necesitan un agente oxidante y de condiciones
especiales de pH para producir su disolucin. Estas condiciones se
representan en los diagramas de Pourbaixo diagramas de tensin-pH.
En otras palabras, para disolver el cobre se necesita elevar su ptencial de
oxidacin a travs de un oxidante como el in frrico y disminuir el pH por
medio del cido sulfrico. La reacciones generales son las siguientes:
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QUMICA Y MECANISMOS DE LX DE MINERALESSULFURADOS DE COBRE EN MEDIO Fe+3 / H2SO4
Diagrama de Pourbaix para el
sistema CuH2OO2SCO2
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QUMICA Y MECANISMOS DE LX DE MINERALESSULFURADOS DE COBRE EN MEDIO Fe+3 / H2SO4
El potencial de oxidacin para la semirreaccin:
La ecuacin de Nerst para el hierro permite calcular el potencial de
reduccin fuera de las condiciones ideales de 25 y 1 atm de presin.
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QUMICA Y MECANISMOS DE LX DE MINERALESSULFURADOS DE COBRE EN MEDIO Fe+3 / H2SO4
De acuerdo al diagrama de Pourbaix, para la disolucin del cobre en Cu+2, debe agregarse in
frrico y llevar la solucin a un potencial mnimo de 0,4V
Es decir, soluciones que contengan una parte de in frrico por un milln de partes de in
ferroso, tendran un potencial un poco ms alto que 0,4V y seran capaz de disolver el cobre
presente en dichas soluciones sulfuradas.
La adicin de Fe+3 se realiza mediante el sulfato frrico (Fe2(SO4)3) que es fcilmente soluble en
agua fra, disolvindose hasta 60-70 gramos por litro de agua.
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Se desea lixiviar un mineral sulfurado de
cobre, para lo cul se cuenta con una
solucin de H2SO4 y otra Fe2(SO4)3.
Determine la mnima concentracin de
sulfato frrico y de cido para que la
reaccin de lixiviacin se realice
considerando que por anlisis qumico se
determin una concentracin de 0,7g/L
de Fe+2
. Calcule el hierro total.
EJERCICIO
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EJERCICIO / TAREA
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Se desea lixiviar un mineral sulfurado de
cobre, para lo cul se cuenta con una
solucin de H2SO4 y otra Fe2(SO4)3.
Determine la concentracin de sulfato
frrico y cido para que la reaccin de
lixiviacin se realice con un potencial de
0,8V considerando que por anlisis
qumico se determin una concentracin
de 0,5g/L de Fe+2
. Determine el hierrototal.
TAREA
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Para realizar una lixiviacin en minerales sulfurados, por ejemplo en sulfuro de
cobre, se necesitan agentes oxidantes como el Fe+3 debido a que el cido sulfrico
no disuelve al CuS, sin embargo, es necesaria su presencia para evitar la
precipitacin del Fe+3 como Fe(OH)3.
CONTROL QUMICO
Los sulfuros son semiconductores y transportan electrones.
CONTROL DIFUSIONAL
Los electrones no difunden al exterior debido a que el S no
es conductor. La capa de S se hace cada vez ms gruesa,
enlenteciendo el proceso.
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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Las bacterias usadas en la biolixiviacin, permiten reducir la capa de S al
oxidarlo a cido sulfrico, lo que acelera el proceso de disolucin de cobre
y reduce costos, adems de utilizar el hierro como fuente de energa al
oxidarlo de Fe+2 a Fe+3.
De acuerdo a lo anterior, la biolixiviacin puede definirse como un
proceso b ac t er ian o d e d i so l u ci n d e m i n er ales , q u e t ien e c o m o
propsi to oxi dar mi neral es sul furados para obtener metales.
El producto final es una solucin cida de metal soluble.
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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Las bacterias utilizadas son organismos quimiolitoautotrficos que
viven en condiciones extremas (pH cido, altas concentraciones de
metales, condiciones normales en los minerales) y que utilizan la
oxidacin del azufre para generar todos los requerimientos de la
clula, aprovechando esta actividad metablica para solubilizar cobre.
Acidithiobacillus ferrooxidans Thiobacillus ferrooxidans
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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El Acidithiobacillus ferrooxidans, es un bacilo que utiliza como fuente de
alimento dos impurezas del mineral covelita (CuS):
- Azufre:
- Hierro:
El cido sulfrico mantiene los niveles de pH favorable para la bacteria
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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LIXIVIACIN INDIRECTA
Se realiza con Fe2(SO4)3en ausencia de oxgeno y es responsable de la disolucin
o lixiviacin de varios minerales sulfurados de importancia econmica. Depende de
la regeneracin de sulfato frrico (2).
REACCIONES
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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LIXIVIACIN DIRECTA:
Las bacterias ferrooxidantes tambin pueden lixiviar sulfuros metlicos directamente, sin la
participacin del sulfato frrico producido biolgicamente. El proceso se describe en la siguiente
reaccin, donde M representa un metal bivalente:
REACCIONES
Dado que el hierro siempre est presente en ambientes de lixiviacin natural, es posible que
tanto la lixiviacin indirecta como la directa ocurran de manera simultnea.
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las
bacterias juega un papel importante dentro del proceso de lixiviacin bacteriana:
- Oxgeno y CO2: La disponibilidad de oxgeno es un factor que controla la extraccinde metales por bacterias. El dixido de carbono es utilizado como fuente de carbono
para la fabricacin de su arquitectura celular.
- Nutrientes: Los T. ferrooxidans requieren amonio, fosfato, azufre, iones metlicos(como Mg+2), etc.
REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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REACCIONES POR ACCINBACTERIANA
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El proceso de aglomeracin tiene como objetivo preparar el material mineralizado
para la lixiviacin, garantizando la buena permeabilidad de la solucin. Se logra
mediante la adhesin de partculas finas a gruesas.
Con proporciones de un 10% - 20% de materiales finos (granulometras menores
a 100150 micrones (0,1mm)), existe riesgo de mala permeabilidad.
AGLOMERACIN
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Sin Aglomerar Aglomerada
Zona Muerta
AGLOMERACIN
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La velocidad crtica de giro de un tambor aglomerador, viene dada por:
Donde ces la velocidad crtica en rpm y D corresponde al dimetro del tambor en metros.
Los criterios de diseo para el dimensionamiento de un tambor rotatorio son:
Tiempo de residencia necesario que el mineral debe permanecer en el tambor.
Inclinacin del tambor.
Velocidad de giro operacional.
Capacidad de tratamiento.
AGLOMERACIN
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Experimentalmente se ha encontrado la siguiente relacin para
conocer la capacidad (ton/h) de un tambor aglomerador:
Es importante considerar que la velocidad de operacin de un
tambor aglomerador debe ser de un 30% de la velocidad crticade rotacin y que el dimetro debe estar en pies (1pie =
0,3048m).
AGLOMERACIN
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AGLOMERACIN
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Determine la capacidad de procesamiento y la velocidad de
operacin de un tambor aglomerador de 1m de radio.
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BIBLIOGRAFA
- Antonio Ballester.Metalurgia Extractiva. Tomo 1 y 2
- Portal Minero.ManualGeneral de Minera y Metalurgia
- Portal Minero.Guade Ingeniera en OperacionesMinerasTomo 1 y 2
- Esteban Domic.Hidrometalurgia