hidrometalurgia del cobre

“HIDROMETALURGIA DEL COBRE” (Material para uso interno) R. J. Meissl

____________________________________________________________________________________________________________________ Departamento de Ingeniería de Minas - Instituto de Investigaciones Mineras Facultad de Ingeniería - UNSJ

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“HIDROMETALURGIA DEL COBRE”

CONTENIDO

Procesamiento de minerales oxidados de cobre. Introducción. Lixiviación. Generalidades. Lixiviación en pilas. Alternativas de recuperación de cobre. Extracción por solvente-Electrodeposición. Electrodeposición directa. Generalidades. Reacciones principales. Variables. Eficiencia de corriente catódica. Parámetros operacionales. Ley de Faraday.

Procesamiento de minerales sulfurados de cobre. Lixiviación bacteriana. Lixiviación indirecta. Lixiviación directa.

Procesamiento del cobre blister. Electrorefinación. Anexo: Esquemas de procesamiento de cobre.

Por: Mg. Ing. Roberto Meissl

Material recomendado para alumnos de la asignatura

“Metalurgia” de la carrera de Ingeniería de Minas.

2005



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HIDROMETALURGIA DEL COBRE

1- PROCESAMIENTO DE MINERALES OXIDADOS DE COBRE 1.1. Introducción Los minerales oxidados no se pueden concentrar eficientemente por flotación espumante y por lo tanto se tratan con técnicas hidrometalúrgicas. En la Figura N°1, se muestran las alternativas hidrometalúrgicas de procesamiento.

Figura N°1. Alternativas hidrometalúrgicas de procesamiento de

minerales oxidados de cobre. 1.2. Lixiviación 1.2.1. Generalidades Los minerales a lixiviar son preparados mecánicamente, con una reducción de tamaño adecuada de modo de exponer una gran superficie que permita un contacto intimo entre la solución y la superficie del mineral y una etapa de aglomeración en la cual se consigue la adhesión de partículas finas a las mas gruesas, permitiendo una distribución uniforme de tamaño en la alimentación a pilas de lixiviación. Los métodos de lixiviación que se utilizan en la extracción hidrometalúrgica son: Lixiviación in situ Lixiviación en botaderos (dump leaching) Lixiviación en pilas (heap leaching) Lixiviación en valle (valley fill heap leaching) Lixiviación por percolación o en bateas (vat leaching)

Mineral

Lixiviación

Extracción

Re-Extracción

Electrodeposición

Electrodeposición directa

Extra

cció

n po

r sol

vent

e

SR = Solución rica SE = Solución estéril SR0 = Solución rica orgánica SEP = Solución estéril orgánica SRA = Solución rica acuosa SEA = Solución estéril acuosa

SE

SE

SR SR

SRO SEO

SRA SEA

Cementación



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Lixiviación por agitación Lixiviación a presión La lixiviación en pilas es uno de los métodos más difundidos en la lixiviación de minerales de cobre. 1.2.2. Lixiviación en pilas La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas. Esta lixiviación consiste en la construcción de unos montones perfectamente definidos y controlados de un mineral, con una granulometría estudiada, de modo que asegura una recuperación óptima. La preparación de este tipo de lixiviación requiere considerar una serie de factores, por nombrar algunos tenemos: la superficie dispuesta para formar la pila, sellar con capas impermeables la superficie de la base de modo de evitar pérdidas por percolación, dimensiones de la pila, talud o ángulo de inclinación. a) Chancado: el material extraído de la mina (generalmente a rajo abierto), que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario), con el objetivo de obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a 0.75 pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuesto los minerales oxidados de cobre al ataque de la solución ácida. b) Formación de la pila: el material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el estanque de aglomeración y curado, cuya finalidad es formar glómeros de material fino con medianos y gruesos producto de una irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico y que además, inicia el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados antes que se produzca la lixiviación en la pila. Posteriormente, estos glómeros se transportan por una correa transportadora hacia el lugar donde se formará la pila. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcido gigantesco (stacker o apilador), que lo va depositando ordenadamente formado un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: que corresponde a la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y/o aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material. c) Sistema de riego: a través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, reaccionando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas. El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre. De la lixiviación se obtiene soluciones de sulfato de cobre (CuSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominados PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas. Estas soluciones de sulfato de cobre limpias pueden ser tratadas por diferentes alternativas. 1.3- Alternativas de recuperación de cobre El cobre puede ser recuperado por diferentes alternativas desde soluciones ácidas de lixiviación. Las mismas se presentan en la Figura N°2, y se destacan las principales características de cada una. La cementación ha sido antiguamente, el método más empleado. Consiste en contactar la solución de cobre disuelto con un agente reductor, generalmente un metal de potencial de reducción menor. El hierro, debido a su bajo costo, ha sido extensamente empleado como agente reductor, denominándose el proceso cementación con chatarra de hierro. La reacción principal es:



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Fe + Cu2+ ===== Fe2+ + Cu (1) El proceso se lleva a cabo en un recipiente (batea o cono de precipitación), que contiene partículas de hierro (generalmente llamadas virutas), y por donde se hace circular la solución. La reducción ocurre sobre las partículas, obteniéndose finalmente un precipitado de cobre impurificado principalmente por hierro y por los otros metales de la solución que pudieran coprecipitar con el cobre, denominado cemento de cobre.

ALTERNATIVAS DE RECUPERACIÓN DE

COBRE DESDE SOLUCIONES ÁCIDAS

CEMENTACIÓN

ELECTRODEPOSICIÓN DIRECTA

EXTRACCIÓN POR SOLVENTE Y

ELECTRODEPOSICIÓN

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS Producto final

(cemento de cobre) impurificado principalmente por el agente reductor. Para conseguir niveles de pureza similares a otros métodos, el cemento debe ser refinado.

No requiere elevada concentración de cobre en solución (0.5-4 g/l).

Producto final (cátodo de cobre) de alta pureza (99.5-99.9 % Cu en peso).

Requiere elevada concentración de cobre en solución (>20 g/l).

Eficiencia de corriente catódica moderada (75-88 %).

Producto final (cátodo) de alta pureza (99.9 o más % Cu en peso).

No requiere elevada concentración de cobre en solución, se pueden tratar soluciones con menos de 20 g/l Cu.

Eficiencia de corriente catódica elevada en la etapa de electrólisis (>92 %).

Nota: los valores entre paréntesis tanto de concentración de cobre como de eficiencia de corriente, son solo indicativos.

Figura N°2. Alternativas de recuperación de cobre desde soluciones ácidas. El proceso de electrodeposición directa consiste en electrolizar directamente la solución de lixiviación, sin concentrarla o purificarla previamente. Para que esta alternativa sea económicamente factible, es necesario procesar soluciones con alta concentración de cobre (>20 g/l). Más adelante nos referiremos en especial a este método. La alternativa de extracción por solvente, seguida de electrodeposición, es la más adecuada de aplicar en la actualidad. El objeto de la extracción con solventes, es obtener una solución con alta concentración de cobre (>20 g/l) y reducir el nivel de impurezas de la solución, para conseguir eficiencias de corriente



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catódica elevadas y cátodos de alta pureza en la electrólisis. En la Tabla I, se muestran los valores de algunos parámetros de este proceso. Tabla N 1. Valores de algunos parámetros en el proceso de extracción por solventes-electrodeposición.

Parámetros Valores Solución de alimentación a extracción por solventes (o de lixiviación) Concentración de cobre (g/l) Concentración de H2SO4 (g/l) Concentración de Fe total (g/l) Concentración de Cl- (g/l) Solución de alimentación a electrodeposición (o de salida de extracción por solventes) Concentración de cobre (g/l) Concentración de H2SO4 (g/l) Concentración de Fe total (g/l) Concentración de Cl- (g/l) Electrodeposición Densidad de corriente (A/m2) Eficiencia de corriente (%)

7.5 10.5 7.3

21.8

30.0 170 1.5

0.03

250 92

1.3.1- Extracción por solvente-Electrodeposición 1.3.1.1. Extracción por solvente (SX) En esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, es liberada de muchas impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpl a 45gpl, mediante una extracción iónica. Por definición la extracción por solventes es un proceso físico – químico de separación, en el cual las especies solubles que están en una cierta fase líquida se distribuye preferencial y selectiva en una segunda fase, también líquida, siendo ambas fase completamente inmiscibles entre sí. El objetivo de la extracción por solvente es conseguir una separación y purificación de un o más metales de interés de las impurezas que los acompañan, elevando la concentración de los metales disueltos, lo que implica una disminución de los volúmenes a procesar. La extracción por solvente consiste fundamentalmente en dos operaciones secuenciales: a) Extracción: la solución acuosa, normalmente una solución rica de lixiviación, es la fase portadora del metal, usualmente se le denomina PLS (pregnant leaching solution), es puesta en contacto con la fase orgánica conformada por el reactivo extractante disuelto en un diluyente orgánico. Como ambas fases son inmiscibles la mezcla se realiza por acción mecánica, ocurriendo una transferencia de la especie metálica disuelta en la fase acuosa a la fase orgánica donde se asocia químicamente con el reactivo extractante. La fase acuosa pobre (referido) puede retornar al proceso de LX o someterse a otro proceso de neutralización y descarte. b) Re-Extracción: en esta etapa se recupera la especie metálica de la fase orgánica cargada, normalmente con la regeneración simultánea de las capacidades extractivas de la fase orgánica lo que permite utilizar nuevamente la fase orgánica en las etapas de extracción. 1.3.1.2- Electrodeposición La electrodeposición o electroobtención es un proceso de electrometalurgia mediante el cual se recupera el cobre que se encuentra concentrado en la solución de cobre (que se obtiene del proceso de lixiviación) con el propósito de producir cátodos de alta pureza de cobre (99,99%), muy cotizados en el mercado. La electroobtención es un proceso químico que se realiza en celdas electrolíticas. Se puede dividir en dos etapas: a) Obtención del cobre y b) Cosecha de los cátodos. a) Obtención del cobre: en este proceso, la solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre (CuSO4), es llevada a las celdas de electroobtención, (especie de pequeñas piscinas) que tienen dispuestas en su interior ánodos (+) y cátodos (-) en orden. El ánodo es una placa de acero



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inoxidable que corresponde el polo positivo por donde entra la corriente eléctrica. El cátodo, también es una placa permanente de acero inoxidable, corresponde al polo positivo por donde entra la corriente eléctrica. El cátodo, que también es una placa permanente de acero inoxidable, corresponde al polo negativo por donde sale la corriente eléctrica. En estas celdas se aplica una corriente eléctrica continua, de muy baja intensidad, la que entra por el ánodo y sale por el cátodo. El cobre de la solución de sulfato de cobre (Cu+2) es atraído por la carga negativa del cátodo y migra hacia él, depositándose en la superficie del cátodo permanente de acero inoxidable. b) Segunda etapa: cosecha de cátodos: su propósito es recoger cátodos en perfecto estado, con una pureza de 99,99%, los que serán embalados para su despacho a los lugares de embarque. Antes de la cosecha se pueden tomar muestras para asegurar la calidad de los cátodos. Una vez transcurridos siete días en el ciclo catódico, comienza la cosecha de cátodos. Esta cosecha se realiza siguiendo un orden establecido de “tercios de celdas”, lo que significa levantar 20 placas de acero inoxidables simultáneamente (cátodos). Los cátodos son lavados enérgicamente con agua caliente para remover los restos de materiales e impurezas que pudieran haber quedado adheridos. Luego, deben ser removidas de los cátodos permanentes de acero inoxidable, para lo que se utilizan las “maquinas despegadoras”. Una vez que los cátodos han sido separados de los cátodos permanentes, son apilados, pesados y enzunchados para su despacho. De esta forma se producen los cátodos que tienen un 99,99% de cobre puro y que son transportados en camiones o en trenes hasta los puertos de embarque. Después de 7 días de electroobtención se realiza la cosecha de cátodos. La máquina cosechadora levanta 20 cátodos de una vez. 1.3.2- Electrodeposición directa I.3.2.1- Generalidades Las ventajas principales de esta alternativa es la posibilidad de obtener un producto comercializable sin costos adicionales de concentración y purificación de la solución, y la regeneración del lixiviante por reacción anódica (por ej. iones férricos o ácido). Sin embargo, como contrapartida se obtienen cátodos con elevado nivel de impurezas, bajas eficiencias de corriente y otros problemas asociados principalmente a la corrosión anódica. I.3.2.2- Reacciones principales Generalmente, las soluciones de lixiviación contienen Cu2+, Fe2+, Fe3+, SO4

2-, Cl-, NO3- y pequeñas

cantidades de otras impurezas. Las principales reacciones catódicas son:

Cu2+ + 2e- ===== Cu Eo = 0.34 V (2) Fe3+ + e- ====== Fe2+ Eo = 0.77 V (3) 2 H+ + 2e- ===== H2 (4) ½ O2 + 2 H+ + 2e- ===== H2O (5)

Las reacciones anódicas principales son:

H2O ===== ½ O2 + 2 H+ + 2e- (6) Fe2+ ====== Fe3+ + 1e- (7)

Además, deben considerarse las reacciones anódicas debidas al material anódico propiamente dicho, que generalmente es una aleación de plomo (85-94% Pb, 14-5% Sb, 1% Ag y otros). Este ánodo interactúa con la solución formando varios compuestos, aunque finalmente se reconoce como el compuesto más estable el PbO2. La presencia de Cl- y NO3

- aumenta la corrosión anódica. Otras reacciones que pueden ocurrir son:

Cu + 2 Fe3+ ===== Cu2+ + 2 Fe2+ (8)



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2 Fe2+ + ½ O2 + 2 H+ ===== 2 Fe3+ + H2O (9) Del análisis de las reacciones precedentes que ocurren durante la electrodeposición de cobre, pueden realizarse las siguientes observaciones: La concentración de cobre disminuye en la solución. Esto se debe a que la reacción de reducción

(reacción 2) procede más rápidamente que la reacción de disolución (reacción 8), debido a que esta depende las concentraciones de Fe3+ y Fe2+.

La concentración de H+ aumenta. Esto es el resultado de la interacción de las reacciones donde interviene el H+, principalmente la evolución de oxígeno (reacción 6) y las reacciones que lo tienen como reactante (reacciones 5 y 9). La reacción de evolución de hidrógeno (reacción 4) no tiene influencia, dado que no es factible que ocurra a los valores de densidad de corriente que se trabaja (130-320 A/m2).

La presencia de Fe3+ es desfavorable, ya que se reduce a Fe2+ (reacción 3) en el cátodo, reduciendo la eficiencia de corriente catódica.

La presencia de hierro total (Fe3++Fe2+) es desfavorable, ya que se oxida anódicamente el hierro ferroso a férrico, regenerando la especie férrica (reacción 7).

I.3.2.3- Variables Las variables más importantes en el proceso de electrodeposición de cobre son: Concentración de Fe3+ y Fe2+ Presencia de otros iones (Cl-, NO3

- y otros) Agitación Densidad de corriente Temperatura Presencia de sales inertes Diseño de la celda Las dos primeras afectan la eficiencia de corriente, la corrosión anódica y la pureza del depósito; las cuatro siguientes la calidad del depósito; y la última la hidrodinamia de la celda. No se ha considerado como variable a la concentración de cobre, dado que ésta es más un requisito, pues debe ser elevada para poder aplicar esta alternativa de recuperación. I.3.2.4- Eficiencia de corriente catódica La eficiencia de corriente catódica (EC) para la deposición de cobre, se define como la fracción de corriente realmente empleada en depositar cobre. Se puede calcular como:

EC = 100 { 1 - ( F DFe3+ CFe3+ / i ) } [1] Dónde: F = Faraday; DFe3+ = coeficiente de difusión del Fe3+; CFe3+ = concentración de Fe3+ en la solución; = espesor de la capa de difusión e i = densidad de corriente catódica. Como puede apreciarse en la ecuación [1], la EC depende de la concentración de Fe3+ y de la densidad de corriente. En la Figura 2, se muestra la EC vs CFe3+, para diferentes valores de densidad de corriente. Se observa que si la CFe3+ es 0, la EC es 100 %, independientemente de la densidad de corriente aplicada. Para una densidad de corriente aplicada de 250 A/m2, la EC aumenta de 56 a 78 %, si la CFe3+ se reduce de 10 a 5 g/l. Por esto, la concentración de hierro férrico es una variable muy importante, ya que una pequeña variación de la misma, produce importantes cambios en la eficiencia de corriente. Existen diversas alternativas para reducir el contenido de Fe3+ en la solución, entre ellas se puede citar: purificación de la solución por hidrólisis, precipitación, EXTRACCIÓN POR SOLVENTE u otros métodos; reducción de hierro férrico a ferroso con SO2, Cu, o con otros agentes reductores; y dilución por aumento del volumen de la solución a electrolizar.



8

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15

Concentración Fe3+

(g/l)

EC (%)

50 A/m2 150 A/m2

250 A/m2

350 A/m2

Figura N°3. Eficiencia de corriente como función de la concentración de Fe3+ y de la densidad de

corriente catódica. DFe3+ = 4x10-6 cm2/s y = 6.3x10-3 cm (25 °C). I.3.2.5- Parámetros operacionales En la Tabla N°2 se presentan los valores típicos de algunos parámetros operacionales. Tabla N°2. Parámetros operacionales de instalaciones industriales. PLANTA INDUSTRIAL CHUQUICAMATA

Chile (1985) SHITURU

Zaire (1970) NCHANGA

Zambia (1975) Parámetro operacional Concentración cobre (g/l) 22 55 55 Concentración H2SO4 (g/l) 54 70 150 Concentración Fe2+ (g/l) 3.4 1.8 0.1 Concentración Fe3+ (g/l) 1.4 1.0 0.6 Temperatura (°C) 30 62 43

Ánodos 85%Pb-14%Sb-1%Ag 94%Pb-6%Sb 94%Pb-6%Sb

Cátodos Hojas iniciales de Cu

Hojas iniciales de Cu

Hojas iniciales de Cu

Densidad de corriente (A/m2) 140 235 320 Efic. de corriente catódica (%) 75-83 85 88 Tensión aplicada (V) 2.0-2.2 2.1 2.0 Consumo energético (Kwh/t cátodo) 2300 3000 2200

I.3.2.6- LEY DE FARADAY “Un gramo electroquimico equivalente de material reacciona químicamente en cada electrodo por cada 96.500 coulombios (o 1 faraday) de corriente que pasan por la celda electrolítica”. El gramo electroquímico equivalente es el peso atómico en gramos dividido por la valencia.

[2]



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Dónde: M = Material que reacciona (gramos); PM = Peso Molecular de la especie; I = Corriente que circula (Ampere); t = Tiempo que la corriente circula (segundos); n = Electrones transferidos; F = Constante de Faraday (96.500 coulombios). Ejemplo: ¿Cuánto cobre se deposita desde una solución de CuSO4 por una corriente de 30 amperes durante 8 horas?

2- PROCESAMIENTO DE MINERALES SULFURADOS DE COBRE 2.1- Lixiviación bacteriana La oxidación biológica de sulfuros de cobre ha sido el proceso más estudiado. El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre (CuSO4). La chalcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar. Bajo la influencia de Thiobacillus ferrooxidans la velocidad de oxidación de este sulfuro ase incrementa hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico. Los sulfuros secundarios de cobre -chalcocita (Cu2S), covelita, bornita, son oxidados más fácilmente bajo el impacto de las bacterias (Reacciones 12 y 13). A nivel industrial, la tecnología ha venido siendo aplicada en pilas (Chile, USA, Perú, etc.). Southern Perú viene aplicando la tecnología para la recuperación de cobre en sus botaderos de sulfuros de baja ley de Toquepala. Más recientemente, Billiton, de Sudáfrica, realiza investigaciones para recuperar el cobre contenido en minerales arsenicales, en un proceso que ha denominado BIOCOP. Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana son: directa e indirecta. 2.1.1- Lixiviación Indirecta Dos reacciones importantes mediadas por T. ferrooxidans son:

Pirita FeS2 + 3.5 O2 + H2O ===== FeSO4 + H2SO4 (10) 2 FeSO4 + 0.5 O2 + H2SO4 ===== Fe2(SO4)3 + H2O (11)

El sulfato férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados. La lixiviación con Fe2(SO4)3 recibe el nombre de lixiviación indirecta porque se realiza en ausencia de oxígeno o de bacterias y, es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de cobre de importancia económica:

Chalcopirita CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3 ===== CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 S (12) Chalcocita Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 ===== 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 S° (13)

El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción 11). El azufre (Sº) generado en las reacciones 12 y 13 puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por T. ferrooxidans según:

2 Sº + 3 O2 + 2 H2O ===== 2 H2SO4 (14)



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Este ácido sulfúrico, así generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria. 2.1.2- Lixiviación Directa Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente. El proceso se describe en la siguiente reacción:

MS + 2 O2 ===== MSO4 (15)

donde M representa un metal bivalente.

bacteria Pirita 2 FeS2 + H2O + 7.5 O2 ===== Fe2(SO4)3 + H2SO4 (16) bacteria Chalcopirita 2 CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 ===== 2CuSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O (17)

Dado que el hierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea. El término biooxidación es un utilizado para describir un proceso que emplea bacterias para degradar un sulfuro metálico. La lixiviación bacteriana puede ser indirecta o directa. En la Fig. N°4 se muestran estos dos mecanismos.

Figura N°4. Mecanismos de lixiviación bacteriana indirecta y directa. Las soluciones obtenidas de la lixiviación bacteriana pueden ser procesadas de acuerdo a las alternativas descriptas en el apartado I.3. 3. PROCESAMIENTO DEL COBRE BLISTER. ELECTROREFINACIÓN La electrorefinación es un proceso antiguo. Este fue primeramente demostrado experimentalmente por Von Leuchtenber en 1847. Sin embargo, Elkington patentó el proceso en 1865 y desarrolló la primera planta exitosa en Pembrey, Wales en 1869. La refinación electrolítica o electrorefinación es el último proceso metalúrgico al que es sometido el cobre sulfurado. El cobre crudo (blister o cobre negro) es refinado a fuego y colado a la forma de ánodos en ruedas de moldeo rotatorias que contienen entre 20 y 30 moldes. Los ánodos son de forma rectangular con dos orejas en la parte superior para colgarlos en el estanque, miden l m de largo por 0.80 m de ancho y un espesor de 5 cm y pesan alrededor de 350 Kg cada uno. Los ánodos contienen aproximadamente 99,2% Cu y 0,8% total de impurezas. En las Figuras N°5 y N°6 se muestra una rueda de moldeo rotatoria convencional y la apariencia de un ánodo impuro de cobre.



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Figura N°5. Rueda de moldeo convencional de ánodos de cobre

Figura N°6. Ánodos de cobre impuro.

En la Figura N°7, se muestra un esquema del proceso de electrorefinación. Los ánodos de cobre prácticamente impuros deben ser sometidos a un último proceso para eliminar las impurezas remanentes. Para esto, se sumergen en un baño ácido (60-65ºC) donde se facilita la migración de iones de cobre hacia el cátodo. El resultado es cobre 99,99% de pureza. Así, el objetivo fundamental de la refinación electrolítica es la obtención de un cátodo de cobre de elevada pureza, prácticamente libre de impurezas y que es adecuado para ser transformado en función de futuras aplicaciones.



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Figura N°7. Representación esquemática del proceso de electrorefinación de cobre

Las láminas iniciales de cátodo son planchas delgadas de cobre electrolítico de aprox. 2 mm, estos son fabricados por deposición electrolítica sobre planchas de titanio aceitadas, en celdas electrolíticas especiales. El depósito catódico se acumula a ambos lados de estas láminas hasta alrededor de 1 cm. Un cátodo pesa entre 70 - 150 Kg y así se usan para producir 2 a 4 cátodos de cada para de ánodos. Los cátodos de cobre se presentan en la Figura N°8.

Figura N°8. Cátodos de cobre

Los estanques son hechos de madera o concreto revestidos con plomo con un orificio en el fondo para extraer el barro anódico (subproducto del proceso), la última tecnología permite tener celdas del tipo poliméricas permitiendo ahorro en espacios y de costo.



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Los ánodos se disuelven electroquímicamente hasta que sólo quedan las orejas y pequeña parte de la hoja de ánodo original, esta parte vuelve como chatarra al horno de ánodos y se denomina “scrap”. Estos se muestran en la Figura N°9.

Figura N°9. Scrap anódico

De las impurezas presentes, oro, plata, plomo, platino selenio, teluro, antimonio y algo de arsénico se juntan en el electrolito (Figura N°10). El barro anódico es extraído del estanque a intervalo y tratado para recuperar el oro, plata y otros metales. La refinación electrolítica es el único modo práctico de remover el oro y plata del cobre. Los electrolitos de refinación contienen CuSO4 y H2SO4 libre usualmente alrededor de 40 g de cobre y 200 g de ácido libre por litro. Para obtener un cátodo puro la cantidad disuelta de hierro, níquel y arsénico debe mantenerse un valor mínimo y esto se hace periódicamente descartando una parte del electrólito a una planta de purificación de soluciones y reemplazando por un volumen igual de solución fresca.

Figura N°10. Comportamiento de las impurezas anódicas.



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Como subproducto de la refinación electrolítica se puede identificar a los barros anódicos, que pueden ser procesados en una planta de metales nobles para la recuperación de oro, plata, selenio, teluro, platino y paladio. También, estos pueden ser simplemente descobrizados y embarcados al extranjero para su posterior tratamiento. En forma adicional al electrolito se le agregan substancias que retardan o impiden el proceso catódico y otros que mejoran la morfología de los cátodos de cobre. En general a estas substancias se les denomina “aditivos”. BIBLIOGRAFÍA 1. Navarro Donoso, P. Apuntes del curso de posgrado de Hidrometalurgia. Instituto de

Investigaciones Mineras, 200 pg, 1996. 2. Cáceres, G. Introducción a la Hidrometalurgia. Universidad de Antofagasta, Chile, 2000. 3. Matar, J.A.; García, J.A. y Meissl, R.J. Guías de Trabajos Prácticos de la asignatura

Hidrometalurgia. Departamento de Ingeniería de Minas, FI-UNSJ, 1991. 4. Domic Mihovilovic, E.M. Hidrometalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones. ISBN

9562910830, 9789562910835, 947 pag, 2001. 5. Meissl, R.J.; García, H.A. y Quinzano, V.A Informe sobre electrodeposición directa de cobre.

Instituto de Investigaciones Mineras, Inf. N° 39, 15 pg., 1998.

Páginas web: www.cienciaperu.org

www.codelcoeduca.cl www.ingenieria.uchile.cl/



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ANEXO: ESQUEMAS DE PROCESAMIENTO



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ESQUEMA DE PROCESAMIENTO DE MINERALES OXIDADOS



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ESQUEMA DE PROCESAMIENTO DE MINERALES SULFURADOS



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ESQUEMA DE UN CIRCUITO DE

LIXIVIACIÓN - EXTRACCIÓN POR SOLVENTE

ESTANQUE DE SOLUCIÓN DE LIXIVIACIÓN CARGADA

RESIDUO DE LIXIVIACIÓNCON 12% P/P DE SOLUCIÓN

ESTANQUE DE SOLUCIÓN DE LIXIVIACIÓN DESCARGADA

ADICIÓN DE ÁCIDO

ADICIÓN DE AGUA

SOLUCIÓN DE REFINO

SOLUCIÓN ORGANICA DESCARGADA

SOLUCIÓN ORGÁNICA CARGADA

PLS

SOLUCION IRRIGADA

H+

Cu2+

IONES

H+

MINERALFRESCO

LIXIVIACIÓN

EXTRACCIÓN POR

SOLVENTE

PLS



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ELECTROOBTENCIÓN - ELECTROREFINACIÓN DE COBRE

Esquema de electrorefinación de cobre

Reacciones químicas

hidrometalurgia del cobre

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