hidrometalurgia lab metalurgia (2)

8/15/2019 Hidrometalurgia Lab Metalurgia (2)

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Hidrometalurgia

Profesor: Juan Carlos Patiño I.



Hidrometalurgia

La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico ue permiteo!tener el co!re de los minerales ue lo contienenaplicando una solución "cida# formada# principalmente#por "cido sulfúrico $ agua. %ste proceso est" siendoampliamente utili&ado para minerales de co!re de !a'a

le$# de!ido a su !a'o costo. Los minerales m"s comunesue contienen co!re son los óxidos $ sulfuros. %stosminerales# sin em!argo# son poco comunes en la corte&aterrestre $ suelen encontrarse unidos a otros minerales.Cuando un depósito mineral tiene una concentración uehace económicamente facti!le la explotación de un metal#se le conoce como mena.(dem"s# es un proceso por el cual se extrae co!re atrav)s de procesos metalúrgicos de lixiviación# extracciónpor solventes $ %lectro o!tención. *Lix# +,# %-



Etapas:Las etapas ue contemplan estos procesos son:Chancado(glomerado

Lixiviación+,%-%l producto /nal del proceso hidrometalúrgico son c"todos de co!re de00#001 de pure&a.

Minerales Lixiviables: Los minerales lixivia!les son:2xido de co!re tenorita# cuprita# Crisocola# (tacamita# Chalcantita#

malauita+ulfuros de co!re secundarios covelina# calcosina

La calcopirita $ la crisocola son mu$ refractarios $ por lo tanto tiene un

!a'o 3ndice de solu!ilidad.

Insumo a utilizar: +e utili&a el "cido sulfúrico por su !a'o costo $ altadisponi!ilidad por producirse como su!producto en la fundición deconcentrados de co!re para disminuir el aporte de +24 a la atmósfera#tam!i)n se produce en la fundición de plomo $ en las re/ner3as

electrol3ticas de &inc.



Lixiviación en pilas%n la lixiviación en pilas se pueden con/gurar 4

tipos de sistema de lixiviación:Pilas dinámicas: %l mineral una ve& lixiviado es

removido de las pilas $ trasladado a !otadero.Lugares donde ha$ pilas din"micas: +pence#mantos !lancos# %scondida# 5a!$Pilas estáticas: +e constru$en por niveles# una

so!re otra para aprovechar la impermea!ili&aciónexistente.

Lugares donde ha$ pilas est"ticas: lomas !a$as#

escondidaPilas 627: %s una pila formada por material sacadodirectamente del ra'o sin reali&ar proceso dechancado



Componentes de una pila

H8P% *High densit$ pol$ethileneLL8P% *linear lo9 densit$ pol$ethilene#



Mineral: %s el material p)treo ue contiene el mineralde co!re. %stos minerales pueden ser óxidos o sulfurosde co!re

Solución acida: Corresponde al agente lixiviante. +usprincipales componentes son agua $ "cido sulfúrico. %lriego tam!i)n se puede reali&ar con re/no# es decir#con solución ue $a ha lixiviado mineral# pero ue nocontiene co!re su/ciente para reali&ar su extracción.

Sistema de riego: +istema para aplicar las solucionesacidas utili&ando aspersores# goteros o sistema mixto.



Sistema de impermeabilización: +istema decarpeta de geomem!rana de H8P% ue impideue la solución lixiviada escurra hacia el suelo.

Sistema de drenaje: 8renaex# se utili&apara transportar la solución lixiviada en elsistema de evacuación. 7antiene controlado elnivel fre"tico de la pila



Cover: 7aterial granular ue se coloca so!rela geomem!rana ue cumple los siguienteo!'etivos

(ctúa como material drenante Protege la geomem!rana (ctúa como /ltro

Sistema de recolección externo: +uele seruna canaleta u!icada fuera de la pila# desdela cual las soluciones se conducen hacia laspiscinas de procesos# donde la solución

puede ser devuelta# o !ien# transportadahacia la planta de extracción por solventes*+,# donde comien&a el proceso deextracción del co!re desde las soluciones

"cidas.



Conceptos de geotecnia enpilas de lixiviación

+u estudio esta dirigido principalmente a:segurar el buen drenaje de la pila:

Para asegurar un !uen drena'e# tam!i)n esnecesario revisar aspectos# como por

e'emplo# reali&ar el diseño del material decover# $ del sistema de colección $ drena'e.

Estabilidad de la pila: %ste estudiopermite de/nir las propiedades de

resistencia al corte# considerando eldrena'e de la pila $ el nivel fre"tico# dandoorigen a restricciones en el ciclo delixiviación



%tapas de lixiviaciónC!ancado: 8ependiendo del tipo de mineral se de/ne el tamaño m"ximo dechancado# $ por lo tanto las etapas de chancado necesarios# con el o!'eto deo!tener un material minerali&ado de un tamaño m"ximo entre ;< $ 4<. Por

e'emplo en 7inera +pence se necesita = etapas de chancado. >?# 4? $ =?glomerado: Consiste en me&clar el material chancado con agua $ "cidosulfúrico de manera ue las part3culas /nas se adhieran a las gruesas. %xisteuna gran inuencia del agua $ acido agregado dado ue inu$e directamenteen la calidad del glómeros ue se forma.E"ecto del agua sobre el glómeros#

An exceso de agua produce glómeros mu$ pl"sticos ue se compactan alcargar la pila antes de regarla $ afecta el drena'e de la pila.Ana "alta de agua genera glómeros mu$ d)!iles mec"nicamente $ espon'osos#ue al regar la pila provoca canali&aciones durante el proceso de lixiviación.Ca!e notar ue la cantidad de agua a utili&ar en el aglomerado se o!tiene apartir de prue!as metalúrgicas# $ ue algunas mineras ho$ est"n optando porreempla&ar el agua por re/no# $a ue se logran venta'as desde el punto de vista

metalúrgico.E"ecto del ácido en el proceso:%l "cido cumple la función de solu!ili&ar el co!re solu!le pero adem"s producela inhi!ición de la s3lice coloidal# ue esta trae pro!lemas en la etapa de +, porla formación de !orras.%l "cido ue se agrega siempre de!e considerar la ganga presente# $a ue# estaentrega impure&as al sistema */erro# manganeso# cloro



%n resumen# la etapa de aglomeración cumple lossiguientes o!'etivos:>. 7e'ora las condiciones de u'o dentro de la pila# $a

ue la aglomeración contri!u$e en contener los /nosdentro de los glómeros# a$udando a evitar ue )stosafecten el drena'e de la pila.

4. Permite homogenei&ar el mineral en el lecho de lapila# a$udando a evitar el desarrollo de u'os

preferenciales. %sto ocurre de!ido a ue las part3culastienen un tamaño m"s uniforme# disminu$endo lasegregación. Pese a lo anterior# la literatura muestraue en las pilas de mineral aglomerado se producesegregación de todos modos.

=. Humecta el mineral antes de depositarlo en la pila# detal manera de evitar la disminución de permea!ilidadue podr3a producirse de!ido a posi!les expansionesde las arcillas presentes en el mineral.

B. Comien&a la sulfatación del co!re# aumentando lavelocidad de lixiviación.



7ecanismos de lixiviaciónProceso de extracción de una solución rica enco!re disuelto *Cu4# utili&ando solucioneslixiviantes# tales como agua "cido sulfúrico#re/no# IL+# 8PL+.$e%no: solución po!re en co!re ue se

origina en el proceso de +,PLS: +olución de lixiviación con una alta

concentración de co!re *Pregnant leachingsolution D +olución impregnada de lixiviaciónILS: Intermedia Leaching +olution D +olución

intermedia de lixiviación'PLS: 8ump Pregnant Leaching +olution D

+olución 8ump de lixiviación



6eacciones u3micasLixiviación (u)mica de *xidos

7ineral agente lixiviante E +olución otrosproductos

Especies +xidadas de cobre

Crisocola: Cu+i2= F 4 H42 G *=.> 1 CuCu+i2= F 4 H42 H4+2B E Cu+2B +i24 = H42

,enorita: Cu2G *K0.K 1 Cu

Cu2 H4+2B E Cu+2B H42

tacamita: CuCl4 F = Cu*2H4 G *M. 1 CuCuCl4 F = Cu *2H4 = H4+2B E CuCl4 = Cu+2B

H42



Lixiviación 'irecta: La Ohio!acilluserrooxidans puede lixiviar directamente unsulfuro de co!re sin la participación del sulfuro

f)rrico

7+ 4 24 E 7+2B8onde 7 representa un metal !ivalente

NacteriaCalcopirita4 Cue+4 >KD4 24 H4+2B E 4Cu+2B

e4*+2B= H42 8ado ue el /erro siempre est" presente enam!ientes de lixiviación natural# es posi!le uetanto la lixiviación indirecta como la directa

ocurran de manera simult"nea.



Ejemplo de reacciones utilizando lixiviación.acteriana de Sul"uros

Calcosita: Cu-S/ 012#3 4 Cu5Cu4+ e4*+2B= E Cu+ Cu+2B 4 e+2BCu+ e4*+2B= E Cu+2B 4 e+2B +Cu4+ 4 e4*+2B= E 4 Cu+2B B e+2B +

Covelita: CuS / 066#7 4 Cu5Cu+ e4*+2B= E Cu+2B 4 e+2B +

.ornita: Cu89eS7 / 06# 4 Cu5

Cue+B e4*+2B= E Cu+2B >= e+2B B +

Calcopirita: Cu9eS-/ 07#6 4 Cu5Cue+4 4 e4*+2B= E Cu+2B e+2B 4 +



La lixiviación de óxido en +pence se reali&a en =etapas: 6e/no# IL+# 8PL+La lixiviación !acteriana de sulfuros en +pence se

reali&a en 4 etapas: 6e/no# IL+.



Raria!les operacionales de lixiviación

;# Concentración de la solución: 8e/ne la concentración deco!re total S co!re solu!le. Proviene de la mina $ de/ne una le$

de co!re a o!tener-# 9lujo másico < 9lujo volum=trico: Nalances de las soluciones

presentes# re/no# IL+# etc.# p> de la solución: Permite la li!eración del co!re pero se

controla# para no li!erar otras especies# para mantener un!alance de "cido $ en sulfuros mantener las !acterias.

7# ?ranulometr)a: %l tamaño de part3culas de/ne una lixiviaciónfavora!le cuando la part3cula est" !ien li!erada. ( tamañogrueso# la cin)tica de lixiviación es m"s lenta. T en el caso demuchos /nos se producen &onas de escurrimiento nohomog)neas.

8# ,asa de riego: %s euivalente al u'o volum)trico en . 8e/nela recuperación de co!re# la cin)tica de lixiviación# la disoluciónde impure&a $ el consumo de "cido. T la esta!ilidad de la pilacuando se riega en exceso.

6# ltura de la pila: %s un par"metro de diseño ue de/ne la tasade riego# u'o continuo# la recuperación de co!re.

1# >umedad: 8e/ne la cin)tica de la reacción de lixiviación.



2!'etivos de la lixiviación8e!e maximi&ar la recuperación metalúrgica de las especies de

valor.8e!e minimi&ar los consumos de "cido $ reactivos en general# de

agua $ de energ3a.8e!e anular los efectos de eventuales reductores# arcillas

intercam!iadoras iónicas $ silicatos comple'os presentes en elmineral alimentado.

%l curado de!e adoptar dosis calculadas de modo ue seancompati!les:

una m"xima ganancia de cin)tica# un m3nimo potenciamiento del consumo de "cido $ contri!ución de

exceso de "cido a la solución rica. una m3nima incorporación de impure&as solu!les a las soluciones

ricas.8e!e evitar la formación de capas fre"ticas e inundaciones

locali&adas# ue se traducen en canali&aciones $ desli&amientos oderrum!es del apilamiento $ en sólidos suspendidos en el PL+.

8e!e permitir idealmente# el tratamiento con'unto de mineralescon mineralog3a diversa# incluidas especies de óxidos# de sulfuros $

de algunas consideradas como refractarias.



8e!e minimi&ar las p)rdidas por impregnación de solucionesen la pila.

8e!e permitir administrar el comportamiento del /erro eimpure&as de modo ue:

+u disolución sea la m3nima posi!le# dentro del rango derecuperación de especies de valor plantadas como o!'etivo.

+e mantengan en solución las cantidades $ proporciones

Uf)rricoVferrosoU para producir las interacciones deseadas# encuanto a: la regeneración de "cido# a la creación decondiciones oxidantes $ a la coVprecipitación de impure&as.

+e evite la formación de precipitados f)rricos coloidales uefomenten !loueos $ canali&aciones al paso de las soluciones.

+e permita anular el efecto de esos precipitados cuando ellosse formen inevita!lemente.

+e mantengan en solución los contenidos necesarios para elcomportamiento adecuado de !acterias de distintos tipos en lalixiviación de sulfuros.



6a&ón de riego

8e acuerdo con la experiencia $ o!servaciones# la ecuación!ase de la lixiviación est" condicionada cin)ticamente por laW6a&ón de 6iego< necesaria para suministrar las solucionesue activan la f3sicoVu3mica del sistema# $a ue est" asociadaa las condiciones adicionales necesarias para resolver:La cantidad $ el lugar para aportar el "cido necesario para

ue las reacciones ue provoca o!tengan simult"neamenteconcentraciones de co!re# "cido e impure&as preVesta!lecidas como o!'etivos para la solución rica#

Las interacciones detectadas en estudios metalúrgicos $ porexperiencia operacional# entre las cin)ticas del consumo de"cido# de la recuperación metalúrgica# de la disolución deimpure&as $#

La de/nición previa de una recuperación o!'etivo facti!le deo!tener !a'o criterios económicos# en las condicionesestudiadas en las prue!as metalúrgicas $ en la experienciaoperacional.



%l concepto de la 6a&ón de 6iego se expresaen la ecuación:

%n la ue cualGRolumen de +olución 6egada *msol =: es la

cantidad total de riego ue permite lograr el1 de 6ecuperación de co!re a la cual seasocia# medido en prue!as metalúrgicas decolumna. (l expresar la (ltura de apilamientode 7ineral en *mmin = Dmpila 4 $ com!inarla con

su Peso %spec3/co (parente en *OonDmmin = se o!tiene la masa de mineral por super/cie:

7ineralDm4 E (lt.*mmin = Dmpila 4 F P. %sp. (p.*OonDmmin =



%n el caso de aplicar secuencias de Wriegos$ reposos< se de!e usar la tasa de riegopromedio ponderado o corregir la tasa

instant"nea con )l 1 de per3odo de riegoen cada su!Vciclo de aplicación.Considerando ue el aporte de co!resolu!le del mineral apilado en cada mpila 4

est" de/nida por su 1 de Le$ de co!re $ 1de 6ecuperación:

( partir de las expresiones es posi!lecalcular la concentración del PL+ ue seo!tendr3a de un riego de toda la pila con

re/no:



8e las ecuaciones se deduce ue:

La duración del ciclo de lixiviación esdirectamente proporcional a la altura deapilamiento.

La concentración del PL+ ueda

dependiente de la altura $ de lacom!inación entre la W6a&ón de 6iego<# laWle$ de co!re< $ el W1 de 6ecuperación<#cuando el mineral apilado se riega sólo con

re/no.

6%L(CI2X%+ %XO6% L( W6(YZX 8% 6I%52< L(



6%L(CI2X%+ %XO6% L( W6(YZX 8% 6I%52<# L(WO(+( 8% 6I%52<# %L O(7([2 8% P(6O\CAL(+

T L( C(LI8(8 8% L(+ +2LACI2X%+

%l concepto de la W6a&ón de 6iego< se relaciona con la cantidadde solución ue se reuiere para ue las difusiones en la pila $en las part3culas satisfagan las necesidades de aportar losreactivos reueridos por los mecanismos u3micos de lalixiviación $ las de extraer sus productos. Como consecuenciade esos mecanismos disfusionales en la pila $ en las part3culas:

La ra&ón de riego es directamente proporcional al tamaño delas part3culas.La ra&ón de riego es inversamente proporcional a la

percola!ilidad del lecho mineral $ a la porosidad de laspart3culas ue lo componen $a ue una difusión f"cildisminu$e la 6a&ón $ una dif3cil la aumenta.La ra&ón de riego es directamente proporcional a la viscosidad

$ densidad de las soluciones# a causa de su carga iónica.La ra&ón de riego es directamente proporcional a la WOasa de

6iego< por lo ue altas Oasas se traducen en altas 6a&ones $

vice versa.



%n consecuencia: altas tasas aumentan la cin)tica# perotienden a aumentar la 6a&ón# el consumo de energ3a en!om!eo $ la dilución de las soluciones ricas. Na'as tasasimplican una 6a&ón de 6iego $ un gasto de energ3a menor#soluciones ricas m"s concentradas# pero en un tiempoma$or.La causa de la interdependencia est" en el espesor de las

capas l3uidas ue circulan por la super/cie de las

part3culas el cual afecta el euili!ro entra la fracción ueingresa con reactivos $ la ue drena de ellas con productos.Ana !uena solución es esta!lecer un Ueuili!rio din"micoU

mediante pulsos de riego a relativamente alta tasaseguidos de per3odos de reposo# de modo ue el riego

aporte r"pidamente reactivos a part3culas drenadas $ luegolos productos drenen sin interferencias.%ste procedimiento conduce a las m3nimas 6a&ones de

6iego# consumos de energ3a $ m"s altas concentracionesen un tiempo ue de!iera ser m"s largo# pero ue secompensa por la menor 6a&ón reuerida.

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