UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y MINAS
“AGLOMERACIÓN “AGLOMERACIÓN Y CURADO” Disolución en sistemas acuosos Marcelo Alejandro Colque Calcina Jorge Luis López Robledo
[email protected].
[email protected], cl, mcc076@alumnos
[email protected] .ucn.cl Ingeniería Civil Metalúrgica. Resumen:
Se realizan ensayos de lixiviación por agitación de una cantidad determinada de mineral de cobre oxidado para conocer los distintos parámetros de obtención y consumo de ácido utilizado en el proceso. Se preparan distinta s concentraciones de ácido sulfúrico, la cual, es la solución lixiviante, para posteriormente adicionar una cantidad determinada de mineral y lixiviar por medio del método de agitación. La agitación es detenida en tiempos determinados, para los cuales, en cada uno de estos, son tomadas distintas muestras de cada solución y mediante los métodos de titulación obtener los parámetros para el análisis químico. De los resultados obtenidos se procederán los cálculos para la determinación de extracción de Cu y el consumo de ácido H 2SO4. Los valores obtenidos se representan en una gráfica en la cual el tiempo tiene el rol de variable independiente en el proceso. El estudio de que se realizó en este trabajo nos brinda información muy relevante sobre el comportamiento que pueda tener un mineral de determinadas características, información que a su vez nos puede generar un diseño de producción de cobre viable aumentando la recuperación y disminuyendo el consumo de ácido sulfúrico mediante la hidrometalurgia, mejorando la economía de todo el proceso. Introducción:
El aglomerado-curado, desde el punto de vista químico, produce una rápida y enérgica sulfatación de los óxidos, lo que se traduce en soluciones efluentes altamente concentradas en cobre; solubiliza hierro que es la base del ion férrico necesario para la disolución de sulfuros; estabiliza la sílice evitando su forma coloidal que es la causante de pérdidas de orgánico en la extracción por solventes. Desde el punto de vista físico, produce la aglomeración de los finos en torno a las partículas más gruesas de mineral, lo que genera un material de tamaño relativamente homogéneo y estable, generando gen erando en la pila un volumen importante de
huecos, fundamental para las buenas condiciones de permeabilidad líquida y gaseosa del lecho de mineral aglomerado. El proceso de aglomeración tiene como objetivo preparar el material mineralizado para la lixiviación, de manera de asegurar un buen coeficiente de permeabilidad de la solución. La permeabilidad es dependiente de las características físicas del material en cuanto a proporción de poros, la que depende a su vez, de la propo rción entre lamas (granulometrías inferiores a 5-10 micrones) finos (granulometrías inferiores a 100150 micrones) y gruesos, y del método de formación de las pilas o depósitos. Con proporciones del 10-20% de estos materiales finos, pueden existir problemas de permeabilidad y si no se asegura la permeabilidad en los lechos de lixiviación, no hay percolación, ni contactos, disolución ni extracción de valores, debido a que los finos segregan y forman áreas ciegas que disminuyen la percolación. Si se considera la adición de una solución lixiviante en la parte superior de una pila de mineral, se puede ver que inicialmente esta solución presenta condiciones de Eh y de pH correspondientes al campo de estabilidad de ion Cu 2+. Sin embargo, si el mineral que se está tratando presenta una ganga reactiva o moderadamente reactiva, a medida que progresa la lixiviación ácida en un frente descendente, el ácido se va consumiendo. Lo mismo ocurrirá si la altura del lecho de mineral es mayor, tal que el ácido se consuma antes de llegar a la parte inferior de la pila. En estos casos se tiene un frente de reacción que impone una acelerada variación, en sentido negativo, del valor de Eh y un aumento de pH. Para evitar estas situaciones se incorporó un pre tratamiento con ácido concentrado al mineral que se va a lixiviar. Este ácido es uniformemente distribuido, previo a su ubicación en las pilas, logrando con esto una dosificación a la medida de cada requerimiento, ya sea por parte de los minerales del yacimien to, o parte de la ganga. Además, la distribución anticipada del ácido permite que este reaccione sobre todas y cada una de las partículas del mineral, logrando una acción de transformación de las especies minerales de cobre que están próximas a la superficie, normalmente en sulfato de cobre. (Ipinza, S.A).
Se destaca el siguiente objetivo específico: Analizar y evaluar el comportamiento de un mineral oxidado de cobre al someterlo a un pre-tratamiento de aglomeración y curado.
Desarrollo Experimental:
Para las pruebas de tambor y roleo, se someten a 24 muestras de mineral oxidado de cobre de -1/4 pulgada a distintas dosificaciones de ácido (90% [H +] y 70% [H +]), grados de humectación (5% y 7% de humedad) y tiempos de reposo (24h, 48h y 72h), según el N° de prueba correspondiente.
Tabla 1:Formato de tabla entregada por los ayudantes de laboratorio
24h [Cu2+] g/L Prueba N°1 Prueba N°2 Prueba N°3 Prueba N°4
90%[H+] 7% HUM
90%[H+] 5% HUM
70%[H+] 7% HUM
70%[H+] 5% HUM
48h [Cu2+] g/L
72h [Cu2+] g/L
Tambor A. Roleo. Tambor A. Roleo. Tambor A. Roleo. Tambor A. Roleo.
Se debe cargar el tambor aglomerador con 500g de mineral, se le agrega la dosificación correspondiente de ácido y agua según el N° de prueba que se realiza. Para las 12 pruebas, este debe girar a la misma velocidad (RPM) y el mismo tiempo (14 min). Posteriormente se retira el mineral del tambor y se deja en reposo según el tiempo del N° de prueba a realizar. Pasado el tiempo se toma una muestra de 100g utilizando el método de cono y cuarteo para obtener una muestra representativa. Se procede a agitar por 5 min en un vaso precipitado, previamente haber agregado 300mL de agua. Se deja reposar y se toma una muestra de 15 mL de solución, se filtra, se toman 5mL de solución filtrada. Estos 5mL son sometidos a titulación después de haber agregado 1g de yoduro de potasio y 4 gotas de almidón, para así determinar [C u2+]. Para el caso del roleo, se someten a las 12 muestras restantes a un roleo de 5 min, cada muestra debe tener la dosificación de ácido y humedad correspondiente al N° de prueba. Pasado el tiempo debido al N° de prueba se toma una muestra de 100g utilizando el método de cono y cuarteo para obtener una muestra representativa. En un vaso precipitado se agregan los 100g de mineral, 300mL de agua y se procede a agitar durante 5 min. Se deja reposar y se toma una muestra de 15 mL de solución, se filtra, se toman 5mL de solución filtrada. Estos 5mL son sometidos a titulación después de haber agregado 1g de yoduro de potasio y 4 gotas de almidón, para así determinar [C u2+]. Resultados y discusiones: Ecuaciones
Determinación del volumen de ácido(V H+):
consumo de acido a % + =34,86 % + =
= + = %+ 500
Ec. N°1
Ec. N°2
= =
Ec. N°3
Determinación del volumen de agua (V agua):
500 → %ℎ+ ⇒ 500 → %ℎ ⇒ →97% → 3% = = − − =
Ec. N°4 Ec. N°5
Ec. N°6
Ec. N°7
Concentración de [Cu 2+]:
, ∗ + = . ó
Cu obtenido:
Ec. N°8
= 2 .
Ec. N°9
Extracción de Cu
% =
∗
Ec. N°10
Tabla 2:Resultados obtenidos de extracción de cobre para roleo y tambor aglomerador.
24h 48h 72h %Extracción %Extracción %Extracción de Cu de Cu de Cu Prueba N°1
90%[H+] Tambor A.
23,28
41,38
20,69
7% HUM
33,62
41,38
33,62
Prueba N°2
90%[H+] Tambor A.
25,86
43,97
28,45
5% HUM
38,79
41,38
36,21
Prueba N°3
70%[H+] Tambor A.
20,69
23,28
7,76
7% HUM
25,86
25,86
20,69
18,10
31,03
20,69
Prueba N°4
Roleo.
Roleo.
Roleo.
70%[H+] Tambor A.
5% HUM
Roleo.
25,86
49,14
28,34
Los cálculos de %extracción de C u fueron calculados a través de la Ec. N°8, N°9 y N°10, los datos utilizados fueron obtenidos en la experiencia de laboratorio. Para mayor detalle sobre los cálculos consultar apéndice A.
50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 24h 25.00
48h
20.00
72h
15.00 10.00 5.00 0.00 Prueba N°1
Prueba N°2
Prueba N°3
Prueba N°4
Figura N° 1:resultados obtenidos para roleo.
En la figura N°1 se puede observar que la mayor recuperación de cobre se obtiene a 70%[H+] a 5% de humedad con un reposo de 48h. Pero en si los resultados más altos en promedio son para la prueba N°2, debido a que el ácido se encuentra a uno concentración de 90% con 5% humedad, esto quiere decir una alta concentración con menor contenido de agua. Se observa que el tiempo de 48h se obtiene la mayor recuperación tanto para la figura N°1 como para la figura N°2, por lo tanto, el curado de 48h se recomienda para obtener el mayor porcentaje de recuperacion (consultar apéndice B) Conclusiones
⁄
La concentración de ácido sulfúrico que mejor actuó fue la de 40 , ya que posee la pendiente más inclinada en el caso de extracción de cobre y la más inclinada en el caso del consumo de ácido, por lo cual se logra una alta recuperación de Cu utilizando la menor cantidad de ácido posible, lo que hace económicamente viable el proceso. La extracción de cobre se torna independiente del tiempo de agitación en cierto instante según la experiencia, si bien sigue aumentando no lo hace de una manera muy eficiente entre, los 10 y 25 minutos llega casi a su totalidad
de extracción, por lo que hay que tener un sumo cuidado, ya que al aumentar el tiempo de agitación me podría generar un consumo energético que no me recompensa con la extracción.
La concentraciones de Cu 2+ obtenidas tanto para las concentración de 34,40 y 55 H+ fueron bastantes irregulares considerando que la mayor concentración de [Cu2 +] se obtuvo entre las muestras de 40 y 55 [H+], sin embargo, la concentración de [Cu 2+] para la muestra de 34 debía ser más baja, ya que la solución lixiviante fue menor en cuanto a su concentración de ácido lo que hay menores probabilidades de obtener una concentración de [Cu2+] más altas, pero en algunos instantes se genera más recuperación que para las concentraciones de ácido más altas.
⁄
⁄
⁄
Referencias [1].MENA Olivares R., Manual de Laboratorio de Disoluciones en Sistemas Acuosos, Ing. Civil Metalúrgica, Antofagasta, Chile. Edición Universidad Católica del Norte, 2016- 2-4p. [2].IPINZA J., Hidrometalurgia I, Santiago, Chile. Universidad Arturo Prat, 14 – 16p. Apéndices: Apéndice(A): ejemplo de cálculos.
Ejemplo de cálculos de volumen de ácido para 90%[H +] con humedad del 5% mediante ecuaciones N°1, N°2 y N°3:
+ + + + consumo de acido a 90% =34,86 0,9 ≈31,374 + 1 ] = 0,015687 + ≈ 15,687 + =31,37 500 [110 + 15,687 = ≈ 8,7892 +
1,84 0,97
Ejemplo de cálculos de volumen de agua para 90%[H +] con humedad del 5% mediante ecuaciones N°4, N°5, N°6 y N°7:
500 → 5%ℎ+ ⇒ 25
500 → 0,9%ℎ ⇒ 4,5 8,7892 + →97% → 3% ≈ 0,27 = 25 − 4,5 − 0,27 = 20,23
+
Ejemplo de cálculos para , Cu obtenido y %de extracción para roleo con + 70%[H ] y 7% humedad, mediante ecuaciones N°8, N°9 y N°10: Mediante la titulación se obtiene un gasto de tiosulfato =1mL
+ = ,∗ =1,25g/L = 1,25 0,3 = 0,375 0,375 % = 1,45% ∗ 100 100=25,86% Apéndice B: datos obtenidos en la experiencia de laboratorio. Tabla 3:concentracion de cobre disuelto obtenido mediante titulación.
Prueba N°1
90%[H+] 7% HUM
Prueba N°2
90%[H+] 5% HUM
Prueba N°3
70%[H+] 7% HUM
Prueba N°4
70%[H +]
24h [Cu2+] g/L
48h [Cu2+] g/L
72h [Cu2+] g/L
Tambor A.
1,13
2,00
1,00
Roleo.
1,63
2,00
1,63
Tambor A.
1,25
2,13
1,38
Roleo.
1,88
2,00
1,75
Tambor A.
1,00
1,13
0,38
Roleo.
1,25
1,25
1,00
Tambor A.
0,88
1,50
1,00
5% HUM
Roleo.
1,25
2,38
1,37
50.00 45.00 40.00 35.00 30.00
24h
25.00
48h
20.00 72h 15.00 10.00 5.00 0.00 Prueba N°1
Prueba N°2
Prueba N°3
Prueba N°4
Figura N° 2:Datos obtenidos para tambor aglomerador.
Apéndice C: imágenes sobre resultado del agrome rado y roleo, antes y después del reposo correspondiente al N° de prueba.
Figura N° 3: 90%[H]; 7%Hum; tambor; sin reposo; 24h.
Figura N° 4: 90%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 24h.
Figura N° 5: 90%[H]; 7%Hum; roleo; sin reposo; 24h.
Figura N° 6: 90%[H]; 7%Hum; roleo; con reposo; 24h
Figura N° 7: 90%[H]; 5%Hum; tambor; sin reposo; 24h.
Figura N° 8: Figura N° 8: 90%[H]; 5%Hum; tambor; con reposo; 24h.
Figura N° 9: 90%[H]; 5%Hum; roleo; sin reposo; 24h.
Figura N° 11: 70%[H]; 7%Hum; tambor; sin reposo; 24h.
Figura N° 13: 70%[H]; 7%Hum; roleo; sin reposo; 24h.
Figura N° 10: 90%[H]; 5%Hum; roleo; con reposo; 24h.
Figura N° 12: 70%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 24h.
Figura N° 14: 70%[H]; 7%Hum; roleo; con reposo; 24h.
Figura N° 15: 70%[H]; 5%Hum; tambor; sin reposo; 24h.
Figura N° 16: 70%[H]; 5%Hum; tambor; con reposo; 24h.
Figura N° 17: 70%[H]; 5%Hum; roleo; sin reposo; 24h.
Figura N° 18: 70%[H]; 5%Hum; roleo; con reposo; 24h.
Figura N° 19: 90%[H]; 7%Hum; tambor; sin reposo; 48h.
Figura N° 20: 90%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 48h.
Figura N° 21: 90%[H]; 7%Hum; roleo; sin reposo; 48h.
Figura N° 22: 90%[H]; 7%Hum; roleo; con reposo; 48h.
Figura N° 23: 90%[H]; 5%Hum; tambor; sin reposo; 48h.
Figura N° 24: 90%[H]; 5%Hum; tambor; con reposo; 48h.
Figura N° 25: 90%[H]; 5%Hum; roleo; sin reposo; 48h.
Figura N° 26: 90%[H]; 5%Hum; roleo; con reposo; 48h.
Figura N° 27: 70%[H]; 7%Hum; tambor; sin reposo; 48h.
Figura N° 28: 70%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 48h.
Figura N° 29: 70%[H]; 7%Hum; roleo; sin reposo; 48h.
Figura N° 30: 70%[H]; 7%Hum; roleo; con reposo; 48h.
Figura N° 31: 70%[H]; 5%Hum; tambor; sin reposo; 48h.
Figura N° 32: 70%[H]; 5%Hum; tambor; con reposo; 48h.
Figura N° 33: 70%[H]; 5%Hum; roleo; sin reposo; 48h.
Figura N° 34: 70%[H]; 5%Hum; roleo; con reposo; 48h.
Figura N° 35: 90%[H]; 7%Hum; tambor; sin reposo; 72h.
Figura N° 36: 90%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 72h.
Figura N° 37: 90%[H]; 7%Hum; roleo; sin reposo; 72h.
Figura N° 38: 90%[H]; 7%Hum; roleo; con reposo; 72h.
Figura N° 39: 90%[H]; 5%Hum; tambor; sin reposo; 72h.
Figura N° 40: 90%[H]; 5%Hum; tambor; con reposo; 72h.
Figura N° 41: 90%[H]; 5%Hum; roleo; sin reposo; 72h.
Figura N° 42: 90%[H]; 5%Hum; roleo; con reposo; 72h.
Figura N° 43: 70%[H]; 7%Hum; tambor; sin reposo; 72h.
Figura N° 44: 70%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 72h.
Figura N° 45: 70%[H]; 7%Hum; roleo; sin reposo; 72h.
Figura N° 46: 70%[H]; 7%Hum; roleo; con reposo; 72h.
Figura N° 47: 70%[H]; 5%Hum; tambor; sin reposo; 72h.
Figura N° 48: 70%[H]; 7%Hum; tambor; con reposo; 72h.
Figura N° 49: 70%[H]; 5%Hum; roleo; sin reposo; 72h.
Figura N° 50: 70%[H]; 5%Hum; roleo; con reposo; 72h.
