Lixiviacin. Operaciones preparatorias

1. Fsicas: Trituracin y molienda 2. Qumicas

a. Tostacin oxidante. Ejemplo: minerales sulfurados de cinc

b. Tostacin sulfatante. Ejemplo: minerales sulfurados de cobre

c. Tostacin clorurante. Ejemplo: minerales de plata

d. Tostacin de menas refractarias. Ejemplo: minerales de oro y plata

e. Calcinacin en medio alcalino. Ejemplo: minerales de aluminio

f. Calcinacin reductora. Ejemplo: Lateritas de nquel

Lixiviacin in situ: yacimiento subterrneo

Lixiviacin in situ: mina antigua explotada

Lixiviacin esttica en vertedero

Lixiviacin esttica en montones

Parmetros de funcionamiento de dos operaciones de lixiviacin heap sobre minerales de cobre

Magma Copper Co.

San Manuel, AZ, EE UU

Chino Mines Co. Santa Rita, NM,

EE UU Composicin del mineral % de Cu soluble

Crisocola 0,45

Calcosina 0,3

Tamao del mineral Todo uno

90% - 10 cm

60% - 15 cm

Detalles del montn Base Polietileno de alta

densidad Suelo o arcilla

Altura de mdulo, m 3 9 No. mximo de mdulos 25 rea por montn, m2 12.000 30.000 rea total bajo lixiviacin, m2 200.000 400.000 Vel. de construccin, t.da-1 27.000 100.000 Detalles de la disolucin Flujo total lixiviante, m3.min-1 60 50 H2SO4 en lixiviante, kg.m-3 15 7 Cu en lixiviante, kg.m-3 0,1 1 Fe2+ en lixiviante, kg.m-3 0,25 Fe3+ en lixiviante, kg.m-3 2,25 1,6 H2SO4 en sol. frtil, kg.m-3 8-10 3-4 Cu en sol. frtil, kg.m-3 1,5-2 2-4 Detalles de la lixiviacin Caudal de riego, m3/m2/da 0,4 0,1-0,3 Tiempo de lixiviacin, meses 1,3 4 Programa de lixiviacin Lixiv. con H2SO4

fuerte Maduracin de 4 das

Lixiv. con H2SO4 fuerte

Maduracin de 3 dasLixiviacin con

refinado

Consumo total de H2SO4 1,7 t/t ctodo de Cu

Lixiviacin en estanques

Reactor agitado de lixiviacin y agitadores de hlice y paleta plana

Autoclave para la lixiviacin a presin

Reactor Pachuca de lixiviacin

Comparacin de los distintos mtodos de lixiviacin aplicados al tratamiento de las distintas materias primas del cobre

Mtodo de lixiviacin

Montones Heap

Montones Dump

In situ Estanques Agitacin

Mineralizacin Sulfuros secundarios

Esencialmente calcopirita

Todos Minerales oxidados

Minerales oxidados

% Cu en el mineral

0,2 - 1 menos de 0,2 ms de 0,5 1 - 2 20 - 40 (concentrados)

H2SO4 en lixiviante

(g.L-1)

5 - 15 30 pH2 50 50 - 100

Cu en disolucin frtil

(g.L-1)

1 - 5 0,2 5 20 - 40 30 - 50

Tiempo de lixiviacin

Desde varios meses a

varios aos

Hasta dcadas Hasta dcadas

5 - 10 das 2 - 5 horas

Tamao representativo de la operacin

Mdulos de 3 a 9 m, 105-106

m2 de superficie total de

lixiviacin

105-106 m2Montones de hasta 100 m

200 m3 de lixiviante por

hora

6 - 12 estanques

500 t de concentrado

por da

Cu lixiviado (t.da-1)

10 - 200 20 20 50 100-200

Produccin mundial de Cu

a travs del mtodo (t/ao)

0,7.106 0,05.106 0,05.106 0,05.106 0,2.106

Bauxitas: Gibbsita [Al(OH)3], Diaspora [AlO(OH)], Bohmita [AlO(OH)]

( )

( )( )

2 23

2 2

2 2 3

2

2

Al OH NaOH NaAlO H O

AlO OH NaOH NaAlO H O

NaAlO H O Al OH NaOH

+ ++ +

+ +

Proceso Bayer para la obtencin de almina

Mecanismo electroqumico de lixiviacin de sulfuros

Caractersticas

1. El slido es un semiconductor 2. Se produce una transferencia electrnica entre el slido y las especies qumicas en

disolucin 3. La disolucin del slido y la transferencia electrnica ocurre en lugares distintos de

aquel 4. Las reacciones redox ocurren simultneamente pero con un mecanismo cintico

distinto 5. La velocidad de disolucin es una funcin compleja de la concentracin de los

reactantes 6. La cintica de las reacciones est influenciada por la estructura cristalina del slido y

por defectos en su red: a. Impurezas en solucin slida b. Presencia de distintas fases minerales (pares galvnicos) c. Distintos iones en disolucin

Orbitales atmicos y moleculares del ZnS

Esquema de distribucin de bandas en el ZnS

Niveles energticos en el ZnS puro y contaminado con hierro

Disolucin de la esfalerita por formacin de un par galvnico con la pirita

Potenciales de reposo de distintos sulfuros a pH 4

Mineral Potencial de reposo

(V)

Pirita +0,66

Marcasita +0,63

Calcopirita +0,56

Esfalerita +0,46

Covelita +0,45

Bornita +0,42

Galena +0,40

Argentita +0,28

Estibnita +0,12

Molibdenita +0,11

Accin cataltica de iones

2 22 2 sup

3 22 sup

4 2

2 2 2

CuFeS Ag Ag S Cu Fe

Ag S Fe Ag Fe S 0

+ + +

+ + ++ + ++ + +

Condiciones

1. Los iones deben activar al cristal del sulfuro fijndose en la superficie de ste y liberando iones formadores del slido inicial

2. El catalizador debe formar un par que participe en el mecanismo electroqumico de disolucin del sulfuro

3. El catalizador debe aumentar la rugosidad de la superficie (reas catdicas) y, por tanto, la velocidad del proceso

Potenciales redox de reactivos oxidantes

Procesos de lixiviacin oxidante

Sistema Reaccin catdica Procesos que utilizan directamente oxgeno Lixiviacin cianurante de Au y Ag Lixiviacin de Cu y sus chatarras Lixiviacin in situ de minerales de U Lixiviacin a presin de minerales de U Lixiviacin a presin de minerales sulfurados

2 22 4 4O H O e OH + +

Procesos que utilizan sales frricas Lixiviacin con sulfato frrico de minerales de U Lixiviacin con cloruro frrico Lixiviacin bacteriana Lixiviacin electrooxidante

3 21Fe e Fe+ ++

Procesos que utilizan directamente la oxidacin andica Normalmente, deposicin de un metal Procesos que utilizan cloruro cprico 2 1Cu e Cu+ ++ Procesos que utilizan cloro

2 2 2Cl e Cl +

Lixiviacin oxidante. Ejemplos de aplicacin industrial

Lixiviacin de minerales de oro y plata Proceso andico: ( )24 8 4 4Au CN Au CN e + +Proceso catdico: 2 22 4 4O H O e OH

+ + Proceso global: ( )2 2 24 8 2 4 4Au CN O H O Au CN OH + + + + Lixiviacin de minerales de uranio con ganga bsica

Proceso andico:

( )2 3 2 3

2 3 2 3 2

422 3 3 2 3 3

1

1

2

UO HCO UO HCO eUO HCO OH UO CO H O e

UO CO CO UO CO

+ ++ + +

+ Proceso catdico: 2 22 4 4O H O e OH

+ + Proceso global: ( ) 422 3 3 2 2 3 32 2 4 2 2UO HCO CO O UO CO OH + + + + Lixiviacin de minerales de uranio con ganga cida Proceso andico: 22 2 2UO UO e

+ + Proceso catdico: 3 21Fe e Fe+ ++ Proceso global: 3 22 22 2UO Fe UO Fe

2+ + ++ + Regeneracin del hierro frrico: 2 2 32 2 4 4 22 2 2 2Fe MnO H SO Mn Fe SO H O

+ + ++ + + + +2 2

Microorganismos con capacidad biolixiviadora

Microorganismo Morfologa Temperatura ptima ( C)

Fuente de energa

Mesfilos

Acidithiobacillus ferrooxidans Cilndrica 25-40 Fe/ S Acidithiobacillus thiooxidans Cilndrica 25-40 S Leptospirillum ferrooxidans Cilndrica

curvada 30-40 Fe

Ferroplasma sp. Irregular 35-40 Fe Termfilos moderados

Sulfobacillus thermosulphidoooxidans

Cilndrica (forma esporas)

50 Fe/ S

Acidithiobacillus caldus Cilndrica 45 S Acidimicrobium ferrooxidans Cilndrica 45-50 Fe / S?

Termfilos extremos

Sulfolobus metallicus Redonda irregular 60-70 Fe/ S Metallosphaera sedula Redonda irregular 65-75 Fe/ S Acidianus brierleyi Redonda irregular 70 Fe/ S

Mecanismos directo e indirecto de biolixiviacin

Mecanismo directo

++ ++ ++ HSOMOHOMS bacteria 223 2

42

22

++ ++ ++ HSOFeOHOFeS bacteria 2227 2

42

222

Mecanismo indirecto

+++ +++ 223 22 FeSMFeMS

+++ ++++ 242232 21615814 SOHFeOHFeFeS

OHFeHOFe bacterias 23

22 22

212 + ++ +++ )

+ + ++ 2422 22

3 SOHOHOS bacterias

Mecanismodel tiosulfato

Mecanismodel polisulfuro

Fe3+ Fe3+

Fe2+ Fe2+

MS MSAf, Lf

Af, At

Af, Lf

(Af, At)

(Af, At)

H+

M + S O2+ 2-2 3 M + S2+ 2-

n

S8

SO + H42- + SO4

2-

Mecanismos indirectos en la biolixiviacin de sulfuros. Af = A. ferrooxidans; Lf = L. ferrooxidans; At = A. thiooxidans

Mecanismo del tiosulfato (pirita, molibdenita y volframita) +++ ++++ HFeOSOHFeFeS 6736 2232232

+++ ++++ HFeSOOHFeOS 108258 22423232

Mecanismo del polisulfuro (calcopirita, esfalerita, galena, etc.)

( )221 2

223 ++++ ++++ nFeSHMHFeMS n

+++ +++ HFeSFeSH n 2832 81

21

+ +++ HSOOHOS 223

81 2

4228

Biolixiviacin. Ventajas y desventajas

Ventajas 1. Ausencia de contaminacin atmosfrica

2. Consumos energticos reducidos

3. Bajo consumo de reactivos

4. Bajos costes de operacin

5. Posibilidad de tratamiento de marginales

6. Flexibilidad en cuanto al tamao de las instalaciones

7. Fcil separacin del hierro en forma de jarositas

Desventajas 1. Produccin de disoluciones diluidas

2. Generacin de efluentes cidos

3. Velocidades lentas

Aplicaciones industriales

Minerales sulfurados de cobre Minerales oxidados de uranio Minerales refractarios de oro y plata Minerales sulfurados de nquel y cobalto Desulfuracin de carbones

Lixiviacin. Operaciones preparatoriasCaractersticasPotenciales de reposo de distintos sulfuros a pH 4

Accin cataltica de ionesCondicionesSistema

Lixiviacin oxidante. Ejemplos de aplicacin industrialLixiviacin de minerales de oro y plataLixiviacin de minerales de uranio con ganga bsicaLixiviacin de minerales de uranio con ganga cida

MesfilosAcidithiobacillus ferrooxidans

Termfilos moderadosTermfilos extremos

Sulfolobus metallicusAcidianus brierleyi

Mecanismos directo e indirecto de biolixiviacinMecanismo directo

Mecanismo indirectoMecanismo del polisulfuro (calcopirita, esfalerita, galena, Biolixiviacin. Ventajas y desventajasVentajasDesventajas

Aplicaciones industriales