Hidrometalurgia y PirometalurgiaUNIDAD III

Clase 1

METALURGIA; área industrial que se ocupa de la extracción de los metales desde las fuentes naturales y su posterior refinación a un grado de pureza comercial. 

La metalurgia extractiva tiene tres áreas: 

1.  Pirometalurgia: fundición de metales a altas temperaturas. 2. Hidrometalurgia: solubilización de metales en soluciones acuosas

3.  Electrometalurgia: Aplicación de energía eléctrica a soluciones acuosas para obtener metales puros.

METALES DE IMPORTANCIA ECONÓMICA

CROMO

NIQUEL

PLATINO

PLOMO

HIERRO

MANGANESO

TUNGSTENO

ALUMINIO

MERCURIO

MOLIBDENO

VANADIO

COBRE

ORO

PLATA

CINC

BISMUTO

MAGNESIO

COBALTO

ANTIMONIO

ESTAÑO

1. Brillo metálico

2. Alta conductividad calorífica

3. Alta conductividad eléctrica

5. Dúctiles

4.Maleables

6. Empaquetamiento compacto

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS METALES

1. En general tienen entre 1 y 3 electrones externos.

2. Ceden sus electrones externos para formar cationes.

3. Están unidos mediante el enlace metálico

4. Cuando se ponen en contacto dos metales se forma una aleación.

5. Reaccionan con oxígeno formando óxidos básicos

• Los metales pueden sufrir una reacción de desplazamiento, es decir un metal de un compuesto puede ser desplazado por otro metal en estado libre.

M1A + M2 M2A + M1 .

• Ecuación que indica que el metal libre M2, desplaza al metal M1 de su compuesto y lo deja en libertad.

• Una forma sencilla de predecir si va a ocurrir una reacción de desplazamiento es utilizar la llamada serie electroquímica.

• La Serie electroquímica o serie de actividad es en realidad un resumen de las reacciones de desplazamiento que pueden llevarse a cabo.

• En la serie electroquímica aparece el Hidrógeno que no es un metal, pero los metales que se encuentran arriba de él lo desplazan de sus compuestos, es decir reaccionan con agua y con ácidos.

• También se da entre metales, por ejemplo el Mg se encuentra arriba del Co, por lo tanto lo desplaza de sus compuestos como se ve en la siguiente ecuación:

CoCl2 + Mg MgCl2 + Co

• Este tipo de reacciones se utiliza para la industria metalúrgica, ya que se utiliza un metal barato para obtener uno con mayor precio.

ACTIVIDAD

LITIOPOTASIOBARIOCALCIOSODIOMAGNESIOALUMINIOCINCCROMOHIERROCADMIOCOBALTONÍQUELESTAÑOPLOMOHIDRÓGENOCOBREMERCURIOPLATAPLATINOORO

LOS METALESQUE ESTÁN ENLA PARTE SUPERIORDESPLAZAN DE SUS COMPUESTOS A LOS QUE SE ENCUENTRANABAJO

EL MÁS ACTIVO LITIO

EL MENOS ACTIVO ORO

ORDEN DE ACTIVIDAD DE LOS METALES

• LOS METALES QUE SE ENCUENTRAN EN ESTADO NATIVO SON LOS QUE SE LOCALIZAN ABAJO DEL HIDRÓGENO EN LA SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES.

• LOS METALES QUE ESTAN ARRIBA DEL HIDRÓGENO, DADA SU POSICIÓN EN LA SERIE ELECTROMOTRÍZ, FORMARAN ÓXIDOS O HIDRÓXIDOS.

METALES NATIVOS

Debido a su composición química sencilla y al enlace atómico de tipo metálico que presentan estos minerales, las estructuras de los metales nativos pueden describirse como simples empaquetamientos compactos de un mismo tamaño.

Ejemplos de estructuras de esta subclase de minerales. •La mayoría de los metales nativos tiene una estructura

cristalina denominada empaquetamiento cúbico compacto centrado en las caras, que se caracteriza por presentar caras paralelas

• EN LA CORTEZA TERRESTRE (PARTE SÓLIDA), SÓLO SE ENCUENTRAN COMPUESTOS DE METALES NO SOLUBLES EN AGUA.• LOS COMPUESTOS SOLUBLES SE ENCUENTRAN EN EL MAR Y EN DEPÓSITOS SUBTERRÁNEOS.• LOS METALES IMPORTANTES SE ENCUENTRAN COMO ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS, SULFUROS Y SILICATOS INSOLUBLES.

ESTADO NATURAL DE LOS METALES

La metalurgia puede ser extractiva, que consiste en la obtención de los metales a partir de los minerales y concentrados hasta obtener lingotes de alta pureza y la metalurgia física que consiste en transformar estos lingotes en artículos semimanufacturados.

Operaciones metalúrgicas Explotación de las minas Concentración de la mena y su preparación para el tratamiento

posterior Reducción del mineral para obtener el metal libre, es la etapa

química de la metalurgia Refinación o purificación del metal, en la que se le da el acabado

final y propiedades especificas.

Clase 2

LOCALIZACIÓN DE MINERALES

EXTRACCIÓN

CONCENTRACIÓN

TOSTACIÓN

REDUCCIÓN

REFINACIÓN

TRATAMIENTO, ALEACIÓN

PIROMETALURGIA HIDROMETALURGIA ELECTROMETALURGIA

PROCESO GENERAL DE EXTRACCION DE METALES

Metalurgia del Cobre

Laboratorio de Metalurgia

PROCESO FÍSICO PARTE INICIAL DE LA OBTENCIÓN DEL METAL CONSISTE EN LA SEPARACIÓN DEL MINERAL

DE OTROS MATERIALES QUE LO ACOMPAÑAN Y QUE DEBEN DE SER DESECHADOS.

EN LENGUAJE TÉCNICO:MINERAL = MENADESECHO = GANGA (ARENA, ROCAS, ARCILLAS, ETC).

CONCENTRACIÓN DEL MINERAL

Para lograr una buena concentración se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas.

Especie de valor: Calcopirita: CuFeS2

Gangas: SiO2; FeS2; Fe2O3; Roca de anclaje, etc.

LIBERACIÓN DE LA ESPECIE DE VALOR

Ley de X % =( masa de X / masa total)*100

FORMAS DE CONCENTRACIÓN:

Separación a mano

Separación magnética (Fe3O4)

Separación por medio de diferencias de densidad

Flotación

Conminución de la roca

El primer proceso es la trituración y el segundo es la molienda. Por medio de estos dos procesos se reduce la roca del yacimiento a un polvo grueso cuyas partículas deben tener el tamaño de los cristales mas pequeños

Separaciones magnéticas y electromagnéticas:

Consisten en someter los minerales a la acción de un campo magnético. El grado de selectividad de estos procesos de separación es función de diversos

factores, siendo los principales: - las características del separador, es el magnetismo de los minerales, - la granulometría, forma de los mismos - y fundamentalmente la diferencia de susceptibilidad magnética que existe entre los minerales

Separación por densidad de líquidos:

La fracción concentrada en el separador magnético, será pasada por líquidos con densidades que oscilan entre el 2,8 y 3,3g/cm3, esto será puesto en embudos decantadores y separados como se explica a continuación:

Separación en Bromoformo (2,8g/cm3):La fracción será pasada en este líquido el cual permitirá concentrar los minerales pesados y otra de livianos según requerimiento, finalmente se lavara con alcohol.

Separación en Yoduro de metileno (3,3 g/cm3): Una vez que se ha obtenido un. Concentrado superior a 2,8g/cm3, podrá pasar la muestra por yoduro de metileno para seleccionar aun más la fracción pesada, (zircones, sulfuros y cualquier otro mineral de mayor densidad) finalmente se lavará con acetona.

Proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas.

Es una técnica de concentración de minerales en húmedo, en la que se aprovechan las propiedades físico-químicas superficiales de las partículas para efectuar la selección.

FLOTACIÓN

Aire comprimido

Mineral concentradoEn la espuma

Ganga

MÉTODO DE SEPARACIÓN DEMINERALES POR FLOTACIÓN

MINERALES HIDROFÍLICOS Son solubles en agua, constituidos por: óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y

otros, que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga.

Permanecen en suspensión en la pulpa para finalmente hundirse

MINERALES HIDROFÓBICOS Son aquellos minerales que no son solubles o son poco solubles en agua,

dentro de ellos tenemos: Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como: Grafito, carbón bituminoso, talco y otros

Hacen que se evite la solubilización de las partículas minerales y que pueden adherirse a las burbujas de aire y ascender

RECTIVOS QUÍMICOS UTILIZADO EN LA FLOTACIÓN

Colectores: Son sustancias orgánicas que se adsorben en la superficie del mineral, confiriéndole características de repelencia al agua (hidrofobicidad). (10 40 g/ton.)

Parte negativa Parte sin carga

Molécula de Agua es polar

RECTIVOS QUÍMICOS UTILIZADO EN LA FLOTACIÓN

Colectores

Puente de hidrógeno

Superficie del súlfuro + Agua

Colectores

Como el aire no tiene carga, es no polar.

Efecto del Colector:

Sustancias polares y no polares son inmiscibles.

Espumantes:   Son agentes tensoactivos que se adicionan a objeto de: 1.Estabilizar la espuma2.Disminuir la tensión superficial del agua3.Disminuir el fenómeno de unión de dos o más burbujas (coalescencia)

  

Modificadores, Como activadores, depresores o modificadores de pH, se usan para intensificar o reducir la acción de los colectores sobre la superficie del material.

Pirita FeS2

La flotación de calcopirita se realiza a pH 9-12

CELDAS DE FLOTACIÓN

AUTOASPIRANTE NEUMÁTICA

Rougher

Su objetivo es aumentar la recuperación metálica

Cleaner

Su objetivo es aumentar la ley del concentrado.

Scavenger

Es recuperadora, se alimenta exclusivamente con colas y/o relaves de etapas rougher o cleaner

TIPOS DE FLOTACIÓN

HIDROMETALURGIA:

SEPARACIÓN SELECTIVA DE UN

MINERAL O GRUPO DE MINERALES

MEDIANTE UN PROCESO QUÍMICO

ACUOSO.

LIXIVIACION

Es el procedimiento de recuperación de un metal de una Mena, mediante un disolvente y la separación de la solución resultante de la porción sin disolver.

Factores importantes de una Lixiviación:

Poner en contacto el disolvente con el material que se ha de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal.

Separar la solución formada del residuo sólido.

Precipitar el metal de la solución.

Variables que influyen en la elección de un lixiviante idóneo:

Naturaleza de la Mena o del material que hay que disolver.

Posibilidades de regeneración.

Precio y acción corrosiva.

Condiciones operacionales tales como la temperatura, el tiempo de contacto, la concentración y el PH.

AGENTES LIXIVIANTES MAS UTILIZADOS:

• EL AGUA

• LAS DISOLUCIONES DE SALES EN AGUA(SULFATO FERRICO, CARBONATO DE SODIO, CLORURO DE SODIO, CIANURO DE SODIO, SULFATO DE SODIO, TIOSULFATO DE SODIO).

• AGUA DE CLORO.

• ACIDOS (SULFURICO, CLORHIDRICO, Y NITRICO).

• BASES (HIDROXIDO DE SODIO Y AMONIO).

a) Lixiviación con agua: Fundamentalmente las operaciones de la minería No Metálica (salitre,

litio, yodo), caliches solubles, Cloruros, sulfatos, nitratos de metales alcalinos

b) Lixiviación Acida: H2SO4 , HCl, HNO3, en diferentes concentraciones y/o temperatura. También se incluye procesos con tiourea (oro) y Fe(III).

ZnO (s) + 2 H+ Zn2+ (ac) + H2O

c) Lixiviación Alcalina: con NH4OH, NaOH, NaCN, Na2SEjemplo: Proceso Bayer, digestión de bauxita con soda a 200 ºC

d) Lixiviación por Complejación: Ocurre un aumento de la solubilidad del metal por formación de

complejos con ligante apropiado.

Ejemplo: Disolución de CuO con soluciones amoniacales. CuO (s) + 4 NH4+ (ac) + 2 OH- Cu(NH3)42+ (ac) + 3 H2O

El Agua.-Tiene pocas aplicaciones como agente lixiviante (pues en la naturaleza los minerales solubles en agua son relativamente escasos).

Las disoluciones de sales en agua: Carbonato de Sodio, para menas de Uranio.

UO2 +3Na2CO3 +H2O +1/2O2 Na4 [UO2 (CO3)3] +2NaOH

Cloruro de sodio, para el sulfato de plomo

PbSO4 + 2NaCl Na2SO4 +PbCl2

PbCl2 +2NaCl Na2 [PbCl4]