1º Prueba Parcial de Hidrometalurgia 1) Explique las etapas elementales en las que se puede subdividir el proceso heterogéneo. Reacción Heterogénea Global, se tiene: aA + → r R + s Donde: A = es la solución lixiviante propiamente tal. B = representa el material sólido que contiene el elemento de Interés a disolver. R = representa el producto fluido d e la reacción. S = es el material sólido en la reacción. 1.- Transporte del reactivo A por escurrimiento de la masa de fluido 2.- Difusión externa de A, desde el seno de la solución hasta la superficie de la partícula, a través de la capa límite estacionaria que se crea alrededor de la partícula. 3.- Difusión interna en la partícula por difusión a través de los poros 4.- Adsorción de A sobre un sitio activo, ya sea en la superficie externa de la partícula o en la superficie interna de los poros. 5.- Reacc ión en la superficie, es decir, transformación de los reactivos A y B en los productos R y S en la fase absorbida. Esta reacción puede ser de simple descomposición (química) o de óxido - reducc ión (electroquímica). 6.- Deserción de R desde la superficie externa e interna de la partícula. 7.- Difusión interna de R, desde el interior de la partícula por difusión a través de los poros. 8.- Difusión externa de R hacia el seno de la fase fluida a través de la capa límite que rodea a la partícula. 9.- Transporte de R hacia el exterior del sistema por escurrimiento de la masa de fluido. 10.- Generación y transferencia de calor en el interior del grano. 2) Nombre y explique brevemente las etapas que están involucradas en un mecanismo simplificado de lixiviación. - Transferencia de masa en el film de fluido - Difusión de A a través del residuo sólido poroso como producto de reacción: - Reacción de A con el sólido en la superficie de reacción: - Difusión de los productos formados a través del residuo sólido hacia la superficie exterior del sólido: - Transferencia de masa de los productos de reacción hacia el seno de la solución: Transporte de R hacia el exterior del sistema por escurrimiento de la masa de fluido. 3) Explique el proceso de lixiviación in-situ, indicando las condiciones de las diferentes variables involucradas en dicha lixiviación. Este proceso se produce en un cuerpo mineralizado el cual posee una cierta permeabilidad para q la solución lixiviable pueda entrar por los huecos. Además debe poseer una roca impermeable en su base, la cual permita posteriormente la extracción de la solución ya lixiviada. Su lixiviación es muy lenta y su recuperación es baja ya que es aplicada a cuerpos mineralizados de baja ley. La extracción se produce a través de un túnel ubicado en la parte inferior del cuerpo mineralizado, con cierta pendiente la solución escurrirá hacia este sector debido a que busca el lugar con menos presión. Se pueden realizar perforaciones en ciertos sectores con el fin de inyectar la solución lixiviable para lograr un mejor alcance con la solución. Lixiviación de bajo costo producto ya que requiere solo, una bomba, mangueras, pendiente en el suelo, estanque que capte los fluidos y ojala (en cuanto a lo ambiental), un suelo calcáreo más adelante para q neutralice la concentración de H+.
4) Si un mineral de cobre presenta una velocidad de reacción proporcional a su área superficial, ¿Qué método de lixiviación recomendaría y por que? El método por lixiviación en pilas, ya que tendría un bajo consumo de acido, debido a que a mayor tamaño de partícula, mayor velocidad de reacción, por lo tanto habría una mayor difusión hacia y fuera de la partícula. 5) En una reacción heterogénea con que variables se relacionan las etapas de flujo forzado y difusión externa. Flujo forzado(1y 9): tipo de reactor, tamaño y forma de la partículas, caudal de la face fluida. Difusión externa(2 y 8): (Transformación de masa) tamaño y forma de la partícula, velocidad relativa entre el fluido y la partícula y tipo de reactor. Etapas el interior de la partícula (4,5 6 y 7): Naturaleza física y química del sólido y de la composición de la fase fluida. No dependen del tipo de reactor empleado. Difusión interna (poros) (3 y 7): Tamaño y forma de las partículas, porosidad y tamaño de los poros. La difusión en los poros depende del diámetro y longitud del poro, y de las características de las moléculas que difunden. 7) a) En que condiciones se puede obtener la lixiviación o disolución de los óxidos simples de cobre. b) Que condiciones requiere la tenorita y la cuprita para ser lixiviadas. c) Como es la estabilidad del cobre metálico. d) A que potencial es posible reducir el Cu++ 1.- Considerando las temperaturas = 25ºC 2.- Actividad de las especies sólidas y diferentes iones = 1 3.- Presiones parciales de gases = 1 atm - La disolución de los óxidos simples de cobre es termodinámicamente posible en el dominio ácido y en presencia de oxidantes. - La tenorita (o paramelaconita) sólo necesita condiciones de pH, mientras que en esas condiciones, la cuprita necesita además la presencia de un agente oxidante (iones Fe+3, O2, u otros). - En forma inversa, al estar el Cu++ en solución, y para poder permanecer en ella, necesita de una cierta acidez libre, evitándose de esta manera su posterior precipitación a pH > 4.0. - Observando la posición relativa del equilibrio Cu++/Cu con respecto al equilibrio H+/H2, se desprende de que es posible reducir Cu++ a Cu de sus soluciones por acción del hidrógeno. Además, el poder reductor de éste aumenta al aumentar el pH. - A través de todo el rango de pH, el cobre metálico es termodinámicamente estable estando en contacto con agua, pero en ausencia de O2. - La lixiviación ácida oxidante del Cu (como cemento de cobre, por ejemplo) con O2 gaseoso es posible ya que la línea de oxidación del agua a O2 está muy por encima de la oxidación del cobre. El carácter ácido es necesario para evitar productos de oxidación como CuO, Cu(OH)2. - A pH sobre 4.0 y bajo 16, se favorece también termodinámicamente la formación de óxidos y en un medio fuertemente alcalino, el cobre puede disolverse como CuO2=. - La precipitación electrolítica se puede realizar aplicando al cátodo un potencial inferior a 0.34 v. De esta forma el Cu++ se reduce en el cátodo de acuerdo a: Cu++ + 2ê Cu (cátodo)
8) En el desarrollo de un proyecto minero Ud. se encuentra a cargo del estudio metalúrgico. De un análisis económico la empresa a definido que el proceso de lixiviación a utilizar dentro de la respuesta metalúrgica. a) Explique claramente que parámetros estudiaría para definir el proceso de lixiviación. b) Si la decisión es lixiviación en pilas dinámicas, explique mediante un diagrama de flujo, el proceso de lixiviación y el movimiento de las soluciones, indicando valores aproximados un promedio de concentraciones de acido y cobre, usados y obtenidos respectivamente. - Evaluar la lixivialidad de la mena en pruebas de laboratorio con un 30% de sólido, 50gr/L de concentración de acido [H+] en 24 horas. - Debemos realizar un análisis químico con el fin de determinar la ley de la mena. - Debemos evaluar el grado de chancado y el tamaño de la partícula (granulometría deseada) de acuerdo a la recuperación que obtendremos. Es necesario para no afectar la percolabilidad del flujo y trabajar con una cinética adecuada en las reacciones químicas. - Flujo de lixiviación (flujo de solvente y tipo de solvente con el que se va a trabajar) - Importante también de acuerdo a las pruebas metalúrgicas considerar la recuperación máxima y el consumo máximo de acido. - En general propiedades físicas y químicas del mineral y comportamiento metalúrgico de la mena. 9) a) ¿Qué significado tienen las líneas de estabilidad del H2O en un diagrama de pourbaix? b) Comente la influencia que puede tener la presión y la temperatura en el aspecto cinético de la lixiviación. c) Comente la influencia del Eh y Ph en los procesos de lixiviación. a) Determinar el área en que es mas factible que ocurra una reacción química a un determinado PH y EH, puesto que se esta considerando el equilibrio termodinámico de especies en soluciones acuosas. b) El aspecto cinético de la lixiviación da cuenta del tiempo necesario para que ocurra la reacción. - A mayor temperatura menor tiempo de lixiviación, ocurre mayor cinética. - A mayor presión menor tiempo de lixiviación, ocurre mayor cinética - A mayor temperatura apuramos la transferencia de masa y la reacción química. c) Las condiciones del Ph y Eh nos permiten visualizar posibilidades de reacción sin tener que recurrir al cálculo termodinámico para los fenómenos que ocurren en medio acuoso. El Ph y Eh en un proceso de lixiviación determinan si el cobre se mantiene en solución y precipito. Comente la influencia q puede tener la presión y la T° en el aspecto termodinámico de la lixiviación. La T° es un factor muy importante, pues influye en el equilibrio de algunas rxsqcas. Mientras tanto q la presión no tiene mayor influencia en el aspecto termodinámico, si en el aspecto cinético. Por lo tanto, inferimos q la T° es el parámetro de influencia en el aspecto termodinámico, para posteriormente determinar la factibilidad de que ocurra o no dicha reacción.
11) En un proceso hidrometalúrgico ¿como son las condiciones termodinámicas y condiciones cinéticas? y porque? Son muy favorables, implican una gran disminución de la energía libre asociada a la reacción considerada. Ataca a los sólidos provocando la disolución de la especie mineral. Todos los minerales de Cu son termodinámicamente lixiviables. La limitación normalmente es el aspecto cinético ya que depende del tiempo que demora la reacción. Temperaturas bajas en el proceso implicas bajo tiempo de reacción. 12) Explique el fenómeno de difusión en hidrometalurgia y relacionar con la 1º ley de Fick. La difusión externa define la difusión en fase homogénea en solución, y queda caracterizada por la Ley de Fick. La difusión interna es la difusión del reactivo en la capa de producto sólido poroso que se puede formar durante la reacción. La difusión en los poros depende de las características de las moléculas que difunden y del diámetro y longitud del poro; mientras más largo y estrecho es el poro, más difícil es la difusión. Ambos conceptos pueden ser agrupados como transferencia de masa de fluido en el film y difusión propiamente tal en la capa de sólido. 1° Ley de Fick: Relaciona la cantidad de material que difunde por unidad de tiempo en una dirección perpendicular a un plano de referencia de área unitaria, con la concentración c, la coordenada de posición x (medida perpendicularmente al plano de referencia), y con el coeficiente de difusión. 13) La lixiviación en pilas solo puede adaptarse luego de? Un análisis basado en el comportamiento metalúrgico de la mena (determinado en laboratorios) y este deberá clarificar el proceso metalúrgico completo n ecesario para obtener una máxima recuperación y determinar cuales son los costos asociados a las diversas etapas. 16) Que tipos de estanques se utilizan Usualmente se emplean estanques del tipo tronco piramidal invertido, directamente excavados en el terreno, y revestidos con un material impermeable, generalmente del mismo tipo empleado en la base de la pila. Para optimizar el uso de revestimiento para contener un volumen determinado en estanques de este tipo, con paredes inclinadas en 45º y bases cuadradas, se puede recurrir a las siguientes expresiones:
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18) Cuales son los criterios de dimensionamiento de los estanques de proceso. - Debe poder recibir la solución correspondiente a la diferencia entre la humedad de escurrimiento bajo riego y la humedad retenida por el ripio (determinado previamente en laboratorio). - Debe recoger las aguas adicionales provenientes de lluvias o nevadas. - Deben mantener un nivel mínimo compatible con el sistema de bombeo. - Puede dotárseles de capacidad adicional para alimentar la planta de tratamiento, durante períodos de detención del sistema de riego. Uso de los diagramas de Pourbaix Nos permite saber cómo se comporta una sustancia o elemento dentro de parámetros establecidos de pH y Eh, sin la necesidad de realizar cálculos Tdcos., en q zonas se puede lixiviar y sus condiciones, y cuando un mineral o metas es inestable y deberia descomponerse. Importancia del D. de P. investigar la influencia del pH y del Eh del electrodo en el equilibrio de las reacciones de interés. Si un proceso es controlado por transferencia de masa y se tiene un proceso de lixiviación por agitación ¿q haría usted para aumentar la velocidad de reacción?. Aumentar la velocidad de agitación, aumentar el tiempo de residencia de las partículas, aumentar la superficie específica; concentración alta. 1.-Rx Redox:Rx de óxido reducción donde se produce una semi reacción de óxido y otra de reducción, existe un intercambio de electrones. Rx de reducción Fe+3 + e Fe+2 , Fe+3 pierde un electrón. Rx de oxidación Fe+2 Fe+3 + e, Fe+3 gana un electrón. Energía de activación: energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso (una rxqca). Energía libre de gibbs: parte de la energía total de un sistema que puede convertirse en trabajo en condiciones isotérmicas. Termodinámica: ciencia que nos indica si una rx (lixiviación) va ocurrir o no, no tiene q ver con el tiempo. Cinética: indica en cuanto tiempo ocurrirá la rx. (la lixiviación), depende de la T° y presión, >T°> cinética, > presión > cinética.
