Presentacin de PowerPoint

HIDROMETALURGIA1.- CINETICA DE LOS PROCESOS HIDROMETALURGICOS:ES AQUELLA QUE PREDICE SI LA REACCION BA A SUCEDER EN UNA ESCALA DE TIEMPO RAZONABLE. EJEMPLO:Por ejemplo, la lixiviacin de la calcopirita y otros sulfuros con sulfato frrico es termodinmicamente factible ( Existen discrepancias respecto a la reaccin con sulfato frrico, tambin ocurre la reaccin CuFeS2 + 4 Fe3+ => Cu2+ + 5 Fe3+2 S) :CuFeS2 + 8 H2O => Cu2+ + Fe3+ + 2 SO42- + 17 e- + 16 H+17 Fe+3 +17 e- => 17 Fe2+--------------------------------------------------------------------------------- G Cu2+ + 17 Fe2+ + 2 SO42- + 16 H+1.1.- VELOCIDAD DE UNA REACCIONEn general, las reacciones qumicas se pueden escribir:A + B => C + DA => BA => B => CLa velocidad de una reaccin (v) es el nmero de moles transformados por unidad de tiempo del componente i involucrado en la reaccin qumica:V = dNi/dt

Formas para calcular la velocidad de reaccin:1.2.- MODELIZACION DE LA CINETICA:Se realiza con el objetivo de obtener una expresin que se acerque mas a la realidad, una representacin necesariamente imperfecta de esta.

Obtencin del modelo matemtico:

ECUACION DE ARRHENIUS

MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA:En los procesos hidrometalurgicos el principal mecanismo de transferencia de mas que se produce es la difusin, debido a la presencia de interfaces solido/solucin.La difusin en la cintica homognea es la etapa limitante ms comn en una reaccin hidrometalurgica.

2.1.- difusin:La difusin es un proceso que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusin es el gradiente de concentracin dentro de la fase.En reacciones de disolucin o precipitacin de un slido, la difusin a travs de una zona adyacente a la interface slido - lquido puede ser controlante de la velocidad.

2.2.- PRIMERA Ley de fick:La primera ley de FICK relaciona la cantidad de material que difunde por unidad de tiempo en una direccin perpendicular a un plano de referencia de rea unitaria con el gradiente de concentracin de este:

2.3.- capa de difusin:La capa de difusin es una delgada capa de lquido adyacente a la interface slido - lquido y que prcticamente se adhiere al slido, debido a que es necesario que la velocidad de la solucin sea nula en la interface con el slido.El transporte de masa de especies disueltas a travs de esa capa de lquido adherido al slido se hace por difusin.

Aproximacin de la ecuacin de fick3.- CINETICA HETEROGENEA Y HOMOGENEA:Son aquellas que estudian los aspectos cinticos de una reaccin homognea y heterogenea.Generalmente en los procesos hidrometalurgicos las reaccin son heterogneas, es por eso que se producen con menos velocidad que en otros procesos.3.1.- cintica homognea:Se enfoca en las reacciones qumicas u electroqumicas en la cual todos los productos y reactantes pertenecen a una sola y misma fase.Exemplo: MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O3.2.- CINETICA HETEROGENEA:Se enfoca en reacciones heterogneas que tienen lugar en dos o ms fases.

Ejemplo: NaCl (slido) Na+ + Cl- (solucin)4.- cintica electroqumica:Es aquella que estudia los procesos de electrodos cuando stos se encuentran fuera del equilibrio; es decir cuando a travs del electrodo circula una corriente I.Los aspectos cinticos de los procesos electrometalrgicos estn basados en la CINETICA ELECTROQUIMICA.3.1.- DENSIDAD DE CORRIENTE:Intensidad de corriente que fluye o pasa por unidad de superficie de electrodo.i = I/Si: densidad de corriente (A/m2)I: corriente que pasa por el electrodo (A)S: superficie del electrodo (m2)La densidad de corriente es proporcional a la velocidad de la reaccin que se produce sobre el electrodo (ver ley de Faraday).V reaccin =i/nFEn electrometalurgia, la densidad de corriente i es equivalente a la velocidad de la reaccin.3.2.- mecanismos DE LA REACCION DE ELCTRODO:Las reacciones de electrodos se caracterizan por realizarse en una interface slido / acuoso donde se intercambia materia y cargas elctricas. La velocidad de una reaccin de electrodo depende esencialmente de dos procesos bsicos o etapas del mecanismo de la reaccin:Transporte de especies reactantes desde el seno del electrolito hacia la superficie del electrodo.Transferencia o entrega de electrones en la superficie del electrodo.La etapa ms lenta determina la cintica de la reaccin y se denomina etapa controlante.4.- DIAGRAMA DE POLARIZACION:Cuando circula una corriente I a travs del electrodo, el potencial del electrodo E depende de la corriente I que circula y se establece en todo momento una relacin E = f(I), llamada curva de polarizacin.

CURVA DE POLARIZACION:En consecuencia, el paso de corriente I, o mejor el paso de la densidad de corriente i, modifica el potencial de equilibrio del electrodo o potencial termodinmico, Eth (dado por la frmula de Nernst) en un valor denominado sobre potencial, dado por:n(i) = E(i) - Eth depende de i

Curvas de polarizacin del cobre y del zinc en medio sulfato, para explicar el funcionamiento de la pila recargable de Daniell.

5.- ECUACION DE BUTLER VOLMER:La frmula de Butler-Volmer expresa la ley fundamental del sobre potencial en rgimen puro de transferencia:

Donde:i0: densidad de corriente de intercambio,: coeficientes de transferencia ( + = 1)

6.- DIAGRAMA DE EVANS:La mayora de los factores que afectan a la velocidad de corrosin se pueden comprender a partir de la superposicin grfica de las curvas intensidad/potencial para las reacciones de disolucin del metal y de reduccin.ORDENADAS: Valores crecientes del potencial.ABSCISAS: Intensidades de las corrientes de oxidacin y de reduccin, sin tener en cuenta su signo (valores absolutos).

Diagrama de Evans: A. potencial vs. Intensidad de corriente; B. potencial vs. Logaritmo de la intensidad de corriente. El punto de interseccin de las curvas define el potencial de oxidacin y la corriente de oxidacin.Factores que afectan el comportamiento frente a la oxidacin:Influencia de la corriente de intercambio catdico o andico: desplazamiento del potencial de oxidacin, con un aumento de la corriente de oxidacin.Influencia de la pendiente de Tafel: aumentos de la pendiente de Tafel hace ms negativo el potencial de corrosin y disminuye la velocidad de oxidacin.Influencia del potencial de equilibrio.

7.- MECANISMOS DE LIXIVIACION:En general, los sistemas hidrometalrgicos estn caracterizados por sistemas heterogneos, es decir, sus reacciones tienen lugar en una interface en la cual ocurre transferencia de materia de una fase a la otra.7.1.- LIXIVIACION CON DISOLUCION COMPLETA DEL MINERAL.En la figura, Se muestra un modelo simplificado de lixiviacin, con disolucin completa del mineral. Este caso representa la disolucin de especies puras que no forman residuos slidos como producto de la reaccin, tales como el oro en cianuro, la chalcantita en cido sulfrico.

7.2.- lixiviacin con formacin de una capa porosa.Este caso es tal vez el ms frecuente en lixiviacin. La reaccin de disolucin de las especies sulfuradas de cobre con iones frricos, corresponde a este caso. La lixiviacin de minerales de baja ley, en las que el material estril o ganga constituye la fraccin mayoritaria, puede considerarse tambin en ese grupo. La "capa" que se forma representa el estril del mineral, mientras la disolucin se propaga hacia el interior de la partcula.

8.- METODOS DE LIXIVIACION:Una forma de clasificar los mtodos de lixiviacin es:Lixiviacin de lechos fijos:In situ, in placeEn botaderosEn pilasEn bateasLixiviacin de pulpas:Por agitacin, a presin ambienteEn autoclaves8.1.- LIXIVIACION IN SITU-IN PLACE:

La lixiviacin IN PLACE se refiere a la lixiviacin de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras la lixiviacin IN SITU se refiere a la aplicacin de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado.8.2.- LIXIVIACION EN BOTADERO(DUMP LEACHING):Esta tcnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes (por ej. < 0.4% Cu) no pueden ser tratados por mtodos convencionales. Este material, generalmente al tamao "run of mine" es depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a travs del lecho por gravedad.Normalmente, son de grandes dimensiones, se requiere de poca inversin y es econmico de operar, pero la recuperacin es baja (por ej. 40-60 % Cu) y necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal.8.3.- LIXIVIACION EN BATEA:Esta tcnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solucin acuosa que percola e inunda la batea o estanque.Los minerales a tratar por este mtodo deben presentar contenidos metlicos altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un perodo razonable (3 a 14 das) y en trozos de tamao medio con tonelajes suficientes de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor inversin inicial que requiere este tipo de proceso.8.4.- LIXIVIACION EN PILAS(HEAP LEACHINP):El mineral procedente de la explotacin, a cielo abierto o subterrnea, debe ser ligeramente preparado en una planta de chancado y/o aglomeracin, para conseguir una granulometra controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad.Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de seccin trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solucin lixiviante. Tras percolar a travs de toda la pila, se recolectan los lquidos enriquecidos (solucin rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperacin de la sustancia mineral (sal o metal).9.- OPTIMIZACION DE LA LIXIVIACION EN PILAS MEDIANTE MODELOS MATEMATICOS:En este estudio se busca determinar los valores ptimos para la concentracin de los reactivos utilizados en la lixiviacin en pila de mineral oxidado de cobre.El modelo matemtico lineal no explica claramente las respuestas en que regin se encuentra las variables asignadas en los niveles considerados; puede que exista curvatura, por ello se realizan pruebas experimentales en el punto central del diseo que permite verificar este fenmeno.Para la prueba metalrgica de lixiviacin se plantea una matriz codificado de variables independientes considerando como criterio de optimizacin la recuperacin de cobre.9.1.- determinacin de las matrices independientes:VARIABLESNIVELESInferior Central SuperiorZ1 FeCl3 gr/lt10 55 100Z2 NaCl gr/lt40 95 150Z3 NaNO3 gr/lt10 30 50N Escala codificada Escala naturalX1 X2 X3 Z1 Z2 Z3 Y(respuesta)1 -1 -1 -1 10 40 10 34.092 1 -1 -1 100 40 10 39.063 -1 1 -1 10 150 10 47.714 1 1 -1 100 150 10 46.575 -1 -1 1 10 40 50 39.396 1 -1 1 100 40 50 47.397 -1 1 1 10 150 50 43.848 1 1 1 100 150 50 54.289 0 0 0 55 95 30 46.5810 0 0 0 55 95 30 47.38NXOX1X2X3X1X2X1X3X2X3X1X2X3Y(respuesta)1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 34.092 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 39.063 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 47.714 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 46.575 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 39.396 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 47.397 1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 43.848 1 1 1 1 1 1 1 1 54.289 0 0 0 0 0 0 0 0 46.5810 0 0 0 0 0 0 0 0 47.38 9.2.- calculo de efectos:Para conocer la significancia de las variables consideradas en el diseo factorial, se determina los clculos de los efectos.Existen una variedad de mtodos para obtener estos clculos; pero el ms adecuado es el mtodo Yates segn cuadro:

9.3.- varianza y modelo matemtico:CODIFICADA:Y = 44.041 + 2.784X1 + 4.059X2 + 2.184X3 0.459X1X2 + 1.826X1X3 1.224X2X3 + 1.069X1X2X3NATURAL:Y = 27.803 2.060Z1 + 2.39Z2 1.116Z3 -0.659Z1Z2 + 1.35Z1Z3 +0.35Z2Z3 + 0.714Z1Z2Z3

9.4.-OPTIMIZACION: ANALISIS:Si igualamos las tres variables a cero la recuperacin del cobre ser igual a la constante cuyo signo es positivo el cual nos indica que se encuentra en su mnimo y puede maximizarse.INTERPRETACION:El proceso de lixiviacin puede maximizarse hasta un 53.799% de extraccin de cobre en la pila, esto en el sistema lineal, lo cual nos indica que el proceso de lixiviacin es un sistema cuadrtico, por lo que se tienen que realizar pruebas para maximizar y obtener recuperaciones sobre 90%.

9.5.- OPTIMIZACION MEDIANTE DISEO HEXAGONAL:

VALORES OPTIMOS:CODIFICADA:X1 = 3.45X2 = 7.95NATURAL:FeCl3 = 169.75 gr/ltNaCl = 293.75 gr/ltNaNO3 = 40.00 gr/ltINTERPRETACION:El proceso de lixiviacin puede maximizarse hasta un 76% de extraccin de cobre, esto en el sistema cuadrtico.