UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA METALÚRGIVA Y DE MATERIALES
DEDICATORIA Este trabajo monográfico se la dedicamos a unas personas muy especiales quienes nos apoyan incondicionalmente en nuestro proceso de aprendizaje, ellos son nuestros padres.
LOS AUTORES
INTRODUCCIÓN
En los circuitos de lixiviación industrial las soluciones lixiviantes son recirculadas continuamente entre etapas o ciclos de lixiviación y extracción por solventes. En la extracción por solventes se extrae selectivamente el cobre, mientras los demás iones permanecen en solución acuosa. Como consecuencia los iones metálicos diferentes del cobre y los aniones que los acompañan llegan a un estado estacionario donde su concentración puede ser muy alta !ojas "##$%. &a concentración de los iones acumulados en el TERMODINÁMICA
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proceso de lixiviación 'ierro, aluminio, magnesio, manganeso, etc.%, proviene de la disolución de las especies que contienen el metal de inter(s cobre% y de la ganga. Esta disolución depende del consumo de ácido del mineral, tiempo de residencia del mineral en la pila y concentración de ácido en las soluciones lixiviantes. &a información bibliográfica disponible sobre lixiviación de minerales de cobre con soluciones con alta carga iónica es escasa. El proceso de lixiviación de minerales oxidados de cobre es estudiado normalmente de acuerdo a la tasa de irrigación y concentración del agente reactante !oman et al "#)*, +enner et al "#)*, Canterford "#$%, sin analizar la naturaleza de la solución lixiviante.
LIXIVIACION
TERMODINÁMICA
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Es el procedimiento de recuperación de un metal de una -ena, mediante un disolvente y la separación de la solución resultante de la porción sin disolver.
Factores importantes de una Lixiiaci!n"
oner en contacto el disolvente con el material que se 'a de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal.
/eparar la solución formada del residuo sólido.
recipitar el metal de la solución.
Factores importantes de una Lixiiaci!n"
oner en contacto el disolvente con el material que se 'a de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal.
/eparar la solución formada del residuo sólido.
recipitar el metal de la solución.
Varia#$es %ue in&$u'en en $a e$ecci!n de un $ixiiante id!neo"
0aturaleza de la -ena o del material que 'ay que disolver.
osibilidades de regeneración.
recio y acción corrosiva.
Condiciones operacionales tales como la temperatura, el tiempo de contacto, la concentración y el 1.
A(entes $ixiiantes mas uti$i)ados"
E& 2342
&2/ 56/7&4C670E/ 5E /2&E/ E0 2342/4&8297 8E!!6C7, C2!+70297 5E /7567, C&7!4!7 5E /7567, C6204!7 5E /7567, /4&8297 5E /7567, 967/4&8297 5E /7567%.
2342 5E C&7!7.
2C657/ /4&84!6C7, C&7!165!6C7, : 069!6C7%.
+2/E/ 165!7;657 5E /7567 : 2-7067%.
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E$ A(ua.<9iene pocas aplicaciones como agente lixiviante pues en la naturaleza los minerales solubles en agua son relativamente escasos%.
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Las diso$uciones de sa$es en a(ua" Car#onato de Sodio , para menas de 4ranio. •
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47= >?0a=C7? >1=7 >"@=7= à0a* A47= C7?%?B >=0a71 C$oruro de sodio , para el sulfato de plomo b/7* > =0aCl à 0a=/7* >bCl= bCl= >=0aCl à 0a= AbCl*B Cianuro de sodio , para menas de 2u y 2g. =2u > 0aC0 >7= > =1=7 à =0a A2uC0%=B >=0a71 > 1=7= Su$&uro de sodio , para sulfuro. /b=/? > ?0a=/ à =0a?A/b/?B Tiosu$&ato de sodio , para el cloruro de plata producido en algunas tostaciones. =2gCl > 0a=/=7? à 2g=/=7? > =0aCl 2g=/=7? > =0a=/=7? à 0a*A2g=/=7?%?B Su$&ato F*rrico+,&a cuprita, Cu=7 y la Calcocita, Cu=/, requieren para disolverse completamente una solución ácida del sulfato f(rrico Cu=7 > 1=/7* à Cu/7* > Cu > 1=7 Cu > 8e=/7*%? à Cu/7* > = 8e/7* Cu=7 > 1=/7* > 8e=/7*%?à=Cu/7* >1=7 >=8e/7* Cu=/ > 8e=/7*%? à Cu/ > Cu/7* >=8e/7* Cu/ > 8e=/7*%? à Cu/7* > =8e/7* > / Cu=/ > =8e=/7*%? à =Cu/7* >*8e/7* >/
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Esta Dltima reacción se produce a ? F GC. A(ua de C$oro. =1=/7* à=Cu/7* >C7= > ?1=7 In7 > 1=/7* à In/7* > 1=7 &as impurezas, tales como óxido de 8e, se disuelven 8e=7? > ? 1=/7* à 8e=/7*%? > ? 1=7 OTROS ACIDOS, como el /C$ y el /NO0,se utilizan en menor proporción.
1ASES " NaO/+,/e utiliza para disolver 2luminio a partir de la +auxita
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/IDROXIDO DE A2ONIO.
ocos problemas de corrosión
-ayor adecuación para menas carbonatadas
-ayor selectividad, puesto que los óxidos de 8e. 0o son atacados
2ETODOS 3 E4UI5OS 5ARA LIXIVIAR &a facilidad de disolución y la riqueza de la -ena, son factores para determinar el m(todo a emplear, los más comunes son
&ixiviación J 6n /itu K
&ixiviación en -ontón.
&ixiviación en Cuba
&ixiviación de pulpas con agitación.
< aletas mecánicas. < 2ire comprimido < 2gitación mecánica combinado con aire •
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Lixiiaci!n 6In SituK.
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base. 2lgunas veces se 'acen perforaciones verticales, con el objeto de facilitar la circulación del agua y, al mismo tiempo, facilitar la circulación de aire, que ayuda al proceso de lixiviación. Lixiiaci!n en cu#a .
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LIXIVIACION DE Cu 1ablando de lixiviación de cobre, podemos decir que existen tres tipos de lixiviación 6 6. &ixiviación en 54- .
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66.
&ixiviación O29 .<-ineral oxidado de cobre c'ancado. El ciclo de tratamiento dura unos dHas. 9odo esto nos da una visión clara , de cuanto mayor es la superficie de tratamiento del mineral, mayor velocidad con respecto al tiempo será su lixiviación .!ecientemente , la lixiviación insitu de depósitos de menas 'a recibió un (nfasis especial y parece ser un área en la cual serán 'ec'os significantes avances en un futuro cercano. Este tipo de operación 'idrometalurgia es frecuentemente referida como solución de mina ,Es muy importante considerar la lixiviación en 54- como parte de la solución de mina desde que las propiedades fHsicas y quHmicas son similares a la lixiviación de depósitos fragmentados en el lugar .-uc'o de lo que se espera de la extracción insitD puede ser derivado de la experiencia corriente y práctica en lixiviación en 54-. Oirtualmente todos los investigadores están de acuerdo que la lixiviación de fragmentos de menas comprende la penetración de la solución en la estructura de la mina porosa. &a cin(tica comprende difusión de lixiviante en la rica donde la reacción ocurre con partHculas de minerales individuales ,la cin(tica es complicada por el cambio de porosidad ,p1 y concentración de soluciones.
5arte experimenta$ 5arte A" Lixiiaci!n /e pesan Ng de un mineral de cobre tostado. reparamos una disolución de 1=/7* al =M de =Fml será nuestra disolución de lixiviación%, luego esta disolución la llevamos a un vaso de precipitados de FFml. 5espu(s le añadimos el mineral de cobre tostado y lo dejamos lixiviar con agitación constante durante ?F min. 2 temperatura ambiente. -ientras que la reacción tiene lugar, deberemos de tomar cada cierto tiempo una muestra de la lixiviación de ? ml. &a tomaremos, partiendo del tiempo cero, a los =, , "F y ?F min. Estas muestras se toman en un tubo de ensayo, y filtrándola previamente con un tubo de pliegues. El filtro de pliegues tiene que ser pequeño, ya que si es muy grande, no se filtrarHa la gran parte de los ? ml.
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5e estos ? ml, cogemos uno, y lo llevamos aun erlenmeyer de =F ml y lo diluimos 'asta, aproximadamente "FF ml. &uego, con un p1 metro ajustamos el p1 entre ) y $. ara ello /i el p1P= añadimos con una pipeta pasteur y gota a gota 01*71, controlando el p1 en todo momento 'asta que llegue al intervalo deseado. /i el p1Q= lo ajustaremos con una disolución "- de 01*Cl y ". ml de una disolución de 01*71 que es un tampón de p1R$%. ' de nuestras muestras
2uestra 7min8
p/
= "F ?F
= =,F* =,"N =,?)
En todas nuestras muestras, 'emos utilizado la disolución tampón para ajustar el p1. &uego, a cada una de estas disoluciones, se les añade una punta de espátula del indicador murexida. &a disolución toma un color amarillo verdoso. 5espu(s lo valoramos con E592 "F <= -, y en el punto de equivalencia, el indicador virará a rosa
2uestra 7min8
EDTA 9: ,; 2 (astado
= "F ?F
),) ml "F,$ ml "=," ml "," ml
Calculamos la concentración de Cu en la disolución de lixiviación en cada uno de los tiempos
-E592%SOE592%R-Cu%SOdisol deCu%
- E592%R "F<=O disol Cu%R "FF ml TERMODINÁMICA
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OE592%R tabla de arriba
2uestra 7min8
= "F ?F
F,F)) F,"F$ F,"=" F,""
5arte 1" Cementaci!n Cuando 'ayan transcurrido ?F min, filtramos la reacción de lixiviación sobre un filtro de pliegues y en un erlenmeyer de =F ml. 5espu(s, medimos sobre una probeta de =F ml, el O de nuestra disolución. 0os da un volumen de =?F ml. 5espu(s pasamos la disolución de nuevo al erlenmeyer y le añadimos una punta de espátula de 0aCl. Cogemos tres placas de aluminio, las lijamos, limpiamos y pesamos =,Ng. &o siguiente es introducir las placas en la disolución y calentar la mezcla 'asta que tenga lugar la cementación del cobre. ara identificar este proceso, observaremos un cambio de color la disolución en principio azul, se pondrá grisácea. 9erminado el proceso de cementación, separamos la disolución del precipitado y las placas de aluminio. El Cu cementado y las placas se meten en el 'orno un dHa entero para secarlo de manera eficaz. &a disolución se desec'a. Cuando 'aya transcurrido un dHa pesamos el Cu y las placas de 2l
lacas de 2l Cu cementado
",)=g
=,*#g
CALCULOS"
9, Comparar e$ e&ecto de$ tiempo de $ixiiaci!n en $a e$ocidad de diso$uci!n de$ co#re+
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%$ UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA METALÚRGIVA Y DE MATERIALES [Cu] frente a t (min) 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12
[Cu] (M)
0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0
5
10
15
20
25
30
35
tiempo (min)
;, Ca$cu$ar e$ consumo de c>atarra de a$uminio por (ramo de co#re precipitado+ Comparar$o con e$ consumo te!rico+ Cu teórico
Cu=> > ?@= 2l
Cu > ?@= 2l?>
g 2l%R molS-R ",S=)R *F,g teóricos de 2l g Cu%R molS-R "SN?,R N?, g teóricos de 2l
Consumo de 2l por g de Cu *F,g@N?,gR F,N* g de 2l@Cu teóricos
Cu experimental
Cu pesadoR =,*# g 2l inicial pesadoR =,Ng 2l final pesadoR ",)= g 2l reaccionadoR F,$*g TERMODINÁMICA
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Consumo de 2l por g de Cu F,$*@=,*#R F,?*g de 2l@Cu
/i los comparamos vemos que el consumo de 2l por g de Cu cementado práctico es casi la mitad del que, en teorHa, nos tendrHa q salir. Esto es debido a que existen reacciones secundarias del Cu con el 'idrógeno.
0, Ca$cu$ar e$ porcenta?e de Cu recuperado por cementaci!n de $a so$uci!n de $ixiiaci!n+ Calculo los g de Cu que deberHa de 'aber obtenido. En =?F ml tengo una concentración de Cu del F,"" -.
-Rmol@O
molR -SOT molR g@-
gR-SOS-R F,""SF,=?SN?,
g de Cu teóricosR =,="g
g de Cu obtenidosR =,*#g
&os g de Cu obtenidos son mayores que los teóricos. /i 'acemos el porcentaje nos dará un valor de más de un "FFM de rendimiento. Esto no puede ser, ya que es imposible que obtengamos más producto del teórico. &a explicación a este fenómeno, es que nos 'an precipitado otras impurezas que no son el Cu, y nos 'an aumentado la masa del Cu obtenido, dándonos dic'o valor erróneo.
@, Ca$cu$ar e$ potencia$ de $a ce$da durante e$ proceso de cementaci!n ?usti&icando $a espontaneidad de $a reacci!n+ TERMODINÁMICA
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Cu=> > = e<
EoR F,?*O
Cu
=@n -
=@n -n> > =e<
EoR ",N) O
Cu > =@n -n>
EoR =,F" O
Cu=> > =@n -
U3R
5onde -
nR nDmero de e< q se intercambian 8R #NFF C@mol EoR =,F" O
/i lo aplicamos vemos que tanto 8 como Eo y n son positivos, por lo que el U3 nos dará menos que cero. Esto nos indica que la reacción es espontánea.
, Esta#$ecer e$ dia(rama de &$u?o de$ proceso ' comentar$o #reemente+ reparación de la mena &o 'acemos mediante un proceso quHmico la tostación.
&ixiviación 5isolvemos el metal en un agente lixiviante, en este caso, el agente que utilizamos es una disolución de 1 =/7* al =M.
urificación recipitación metal en estado sólido
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1emos utilizado la cementación
Este paso va ligado al anterior, obtenemos el
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-etal 5espu(s del paso anterior, filtramos el metal, lo secamos y lo pesamos, y ya obtenemos el metal deseado, en nuestro caso el Cu
CONCLUSIONES &a velocidad de disolución de cobre está limitada por la difusión del ion cDprico a trav(s de la capa de residuo de la lixiviación desde la zona de reacción 'acia la solución, tanto para soluciones diluidas como concentradas. &a velocidad de disolución de cobre es mayor en soluciones diluidas que en soluciones concentradas dado que el coeficiente de difusión del ion cuprico disminuye en un NF M al utilizar soluciones concentradas. &a velocidad de disolución de cobre es independiente de la concentración de ácido sulfDrico en el rango de " a ?F Agr@ltB. El consumo de ácido por cobre producido aumenta al aumentar la concentración de ácido en solución sin aumentar la velocidad de disolución del cobre ni su recuperación. +asado en este resultado deberHa existir una concentración de ácido menor a " Agr@ltB que mantenga la velocidad de disolución de cobre minimizando el consumo de ácido. 5ebido a lo anterior es necesario efectuar pruebas adicionales de lixiviación con menor cantidad de ácido TERMODINÁMICA
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para asi poder encontrar el óptimo en el consumo de ácido por cobre producido.
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