HIDROMETALURGIA Introducción La hidrometalurgia es la rama de la Metalurgia Extractiva que estudia todos los proc proces esos os extr extrac acti tivo vos s que que ocur ocurre ren n en medi medios os acuo acuoso sos, s, que que perm permit iten en la extracción y obtención de metales y/o compuestos desde sus minerales. La hidrometalurgia se subdivide en tres ramas importantes, las cuales son: a.- Lixiviación b.- Extracción por solvente c.- Electroobetención Electroobetención En lneas generales las principales venta!as de los procesos hidrometal"rgicos hidrometal"rgicos son: - #us procesos tienen un menor impacto ambiental en comparación a otros procesos extractivos. - $a!os costos de inversión para un u n tama%o de planta dado, en comparación a otros procesos extractivos. - &osibilidad de expansión expansión desde una operación peque%a a otra de tama%o mediano, conservando siempre la economa de una operación en gran escala. Esto es debido al car'cter modular de las plantas hidrometal"rgicas. hidrometal"rgicas. - (lgunos procesos hidrometal"rgicos permiten un ahorro considerable de combustible, como es el caso de tratar los minerales directamente en sus yacimientos o los que evitan el proceso de molienda. Estos ahorros de energa representan una )racción apreciable del consumo total de un proceso convencional. - Existe un gran control sobre las reacciones, debido debido a las condiciones cin*ticas en que se desarrollan desarrollan los procesos. - Es posible una gran automati+ación. - Las operaciones hidrometal"rgicas son muy selectivas, en lixiviación por e!emplo, sólo parte de la mena se disuelve de!ando el resto sin reaccionar, permitiendo su eliminación en una un a etapa inicial del proceso. La selectividad de la extracción por solventes es raramente obtenida por otros procesos no hidrometal"rgicos. - ran exibilidad para combinar operaciones unitarias con el ob!eto de lograr un proceso óptimo.
LIXIVIACION Objetivo
isolver el cobre contenido en los minerales oxidados, mediante tratamiento de los sólidos con soluciones de 'cido sul)"rico, proceso conocido como lixiviacion. &uricar las soluciones de sul)ato de cobre, mediante extracción por solvente.
Proceso El proceso de lixiviacion se aplica principalmente a minerales de cobre oxidados, a oxidados y sul)uros de ba!a ley. El proceso de lixiviacion consiste en la disolución qumica de parte de la materia prima tratada para )ormar una solución que contenga el metal que se desea recuperar. La lixiviacion disuelve elementos deseados y tambi*n algunos no deseados de!ando un residuo insoluble.
Esue!" de $i%ivi"cion t&'ic" de !iner"$es o%id"dos
Li%ivi"cion •
0actores t*cnicos y económicos en el an'lisis de un proyecto de lixiviacion: -Ley de la especie de inter*s a recuperar -1eservas de mineral -2aracteri+ación mineralógica y geológica -2onsumo de agente lixiviante
-2apacidad de procesamiento -2ostos de operación y de capital -1entabilidad económica •
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•
El medio de lixiviacion para minerales de cobre es normalmente una solución acuosa de 'cido sul)"rico. El amoniaco y el 'cido clorhdrico se usan en dos o tres casos para minerales sul)urados, sul)uros de 3i2u y tambi*n han sido propuestos para concentrados de sul)uro de cobre. Minerales y 1eactivos -Las venta!as principales del 'cido sul)"rico son su ba!o costo y su acción r'pida sobre los minerales de cobre que contiene oxgeno. -(dem's, el 'cido es en parte regenerado cuando se lixivian minerales de sul)ato o sul)uro.
Li%ivi"cion de ó%idos -Los minerales de cobre que contienen oxigeno son muy solubles de 'cido sul)"rico diluido. -Los )actores que )avorecen la lixiviacion son la alta concentración de 'cido 4hasta 567 8g 9 #;<
m
3
=, temperaturas elevadas 4hasta >7?2= y grandes
'reas -1eacción general:
de
M;x @n9
contacto.
+n
M
@ n9;
Li%ivi"cion de su$(uros )Los minerales sul)urados de cobre son practicamente insolubles en acido sul)urico, a menos que se tengan condiciones oxidantes. (un asi, las reacciones de lixiviacion tienen a ser lentas. -La disolucion de los ul)uros metalicos ocurre en presencia de agentes oxidantes, tales como -1eaccion
general:
Fe
+3
y/o ;.
M# @ ;xid
+m
M
@ #;
−2
4
El problema de las emisiones de #; de las )undiciones ha dado considerable impulso al estudio de tecnicas hidrometalurgicas para el tratamiento de sul)uros, mediante $iolixiviacion +m
M
M# @ ;xid
@ #;
4
−2
bacterias
*iste!"s de $i%ivi"cion -Lixiviacion de lechos !o • • • •
An situ En botaderos En pilas En bateas
-Lixiviacion de pulpas • •
&or agitacion En autoclave
*iste!"s de $i%ivi"cion
Lixiviacion An #itu -Este tipo de tecnica se reere a la lixiviacion de residuos )ragmentados de!ados en minas abandinadas o a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo minerali+ado. •
•
•
Lixiviacion en $otaderos -2onsiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de ta!o abierto, los que, debido a sus ba!as leyes, no pueden ser tratados por metodos convencionales. -Este material es depositado sobre supercies impermeables y las soluciones percolas a traves del lecho por gravedad. -3ormalmente son de grandes dimensiones, requiere poca inersion y es economico de operar, pero la recuperacion es ba!a 4<7->7B= y necesita tiempos largos para extraer todo el metal.
Lixiviacion en pilas -La lixiviacion en pila es una lixiviacion por percolacion del mineral acopiado sobre una supercie impermeable, preparada para colectar las soluciones -#e di)erencia de la lixiviacion en botaderos en que se emplea mineral extraido de la mina o procesado previamente, en ve+ de materiales de sobrecarga. Lixiviacion por (gitacion de Minerales ;xidados -La lixiviacion por agitacion es una lixiviacion rapida d eparticulas nas 4normalmente C7B- D6 um= en las soluciones concentradas de acido. La lixiviacion por agitacion toma de a 6 h.
EXTRACCION POR *OLVENTE Objetivo 2apturar selectivamente los iones
Cu
+2
desde una solucion de ba!a
concentracion impura y liberados en una solucion de alta acide+, obteniendose una solucion de mayor concentracion de cobre con menores impure+as 4electrolito=.
Proceso El proceso de # es altamente selectivo. La solucion acuosa es puesta en contacto con un organico capa+ de extraer desde ella el cobre que contiene. El proceso se lleva a cabo en unidades denominadas me+cladoressedimentadores 4mixer-settler=, a trav*s de dos etapas:
•
•
Et"'" de e%tr"cción+ urante la etapa de extracción, el &L# solución rica, con valores tpicos de 5-57g/L de 2u@, 7.6-6 g/L 9#;<, se pone en contacto con la )ase org'nica, que contiene un extractante especco para el cobre. &osteriormente, el extractante )orma comple!os con el 2u@, resultando en la trans)erencia del metal en estado iónico a partir de la )ase acuosa hacia la )ase org'nica, de!ando la carga de impure+as presentes en el &L# en la )ase acuosa. La )ase org'nica cargada con el cobre, es separada por gravedad de la )ase acuosa que en dicho punto se denomina renado. El renado es reciclado de vuelta al circuito de lixiviación donde el 'cido generado por la extracción puede ser utili+ado. Et"'" de re)e%tr"cción+ En el proceso de re-extracción, el cobre cargado en la )ase org'nica se pone en contacto con una solución cargada de 'cido, denominada electrolito gastado proveniente del circuito de electro-obtención, extrae el cobre de la )ase org'nica. La )ase org'nica reducida en su contenido de cobre o gastada y la )ase acuosa enriquecida con cobre o electrolito de avance son separadas por gravedad. La )ase org'nica gastada es devuelta al circuito de extracción y el electrolito de avance es enviado a las celdas de electro-obtención.
En un paso siguiente el cobre es reextraido desde el organico, obteniendose una solucion de sul)ato de cobre de alta pure+a. •
1eaccion de extraccion 2 +¿ Cu
•
¿
@ 1 F 9
R2
2u @
+¿ ¿ 2 H
1eaccion de reextraccion R2
2u @
H 2 SO 4
1 F 9 @ 2u
SO 4
E%tr"ccion 'or so$vente+ Proceso de E%tr"ccion
E%tr"ccion 'or so$vente+ Proceso de Ree%tr"ccion
ELECTRO)O,TENCION DE CO,RE Objetivo &roducir cobre de CC,CCB de pure+a a partir del electrolito de sul)ato de cobre proveniente de la etapa de #.
Proceso El proceso de electroobtencion de cobre, consiste en depositar el cobre disuelto en la solucion acuosa de sul)ato de cobre 4electrolito= sobrecatodos, mediante la aplicación de energia electrica. El material de los c'todos es usualmente acero inoxidable. Los 'nodos son usualmente de aleaciones de plomo. El
proceso se lleva a cabo en un periodo de > a D das, el cobre luego de ser separado de los c'todos, es lavado y almacenado para su comerciali+ación. • • •
En el catodo ocurre la reduccion de los iones cupricos a cobre metalico. En el anodo ocurre la oxidacion de descomposicion de agua Gn potencial de celda negativo signica que al sistema debe suministrarse energia electrica desde una )uente externa para que ocurra.
