119622362 Lixiviacion Por Agitacion de Oxidos de Cobre

LIXIVIACION POR AGITACION DE OXIDOS DE COBRE

1. RESUMEN Se realizaran ensayos de lixiviación por agitación en botella, que consiste en agregar una cierta cantidad de mineral, previamente homogenizado mediante técnicas de cuarteo, hasta obtener la masa requerida, a un botellón de laboratorio. Luego se preparan distintas concentraciones de acido sulfúrico, que vendría a ser la solución lixiviante, la cual es vertida también en el botellón, para luego ser agitada en unos rodillos que producen un movimiento circular sobre un eje imaginario en el plano horizontal, se realizaran mediciones de concentración, tanto del Cu, como del acido consumido, cada cierto tiempo, para cada fuerza acida y así poder realizar curvas cinéticas que nos ayudaran a predecir la eficiencia del proceso mediante el calculo de los valores óptimos de los parámetros a estimar, los cuales mejoraran el rendimiento de nuestro proceso, todo esto es consecuencia del modelamiento del proceso. 2. INTRODUCCION Es común pensar en lixiviación como una simple disolución selectiva del metal deseado, por ende si tengo acido y un mineral, los mezclo en proporciones razonables y espero que el acido haga su trabajo, por ende lo que hasta el momento me interesa es la masa del mineral, su ley, el volumen del acido, su concentración y el tiempo necesario para que la disolución sea completa y no perder mas tiempo. Pero si me interesa saber como ocurre la disolución, como la masa del Cu y concentración del acido va disminuyendo y como aumenta el catión Cu+ en la solución, para poder predecir mediante un modelo los valores óptimos y hacer proyecciones interpolando o extrapolando el modelo, entonces se debe monitorear el proceso analizando muestras mediante la titulación, para poder calcular el acido libre, por ende el consumo de acido, así como la concentración del metal en solución, de acuerdo a estos valores puedo predecir el tiempo optimo para el proceso, mediante las curvas cinéticas. 3. OBJETIVOS -

Aprender a realizar pruebas de lixiviación por agitación de óxidos de cobre. Obtener parámetros de operación (consumo de acido, tiempo optimo de agitación, fuerza de acido, extracción del cobre, etc. Diseñar un proceso a nivel industrial.

4. TEORIA Lixiviación por Agitación. Este método se aplica par menas de altas leyes, que pueden estar comprendidas para el caso del cobre entre 5 y 30% Cu y en el caso de calcinas entre 30 y 40 % Cu., es usualmente preparado para lixiviación de un material molido (55%<200m), la solución lixiviante es de acidez fuerte (50 a 100 gpl) y a una concentración de sólidos de 40 a 45%. Los tiempos de lixiviación toman lugar entre 2 a 5 horas.

La Agitación puede ser por agitación mecánica y/o neumática, en el caso de la agitación mecánica, esta se puede ver en la siguiente figura:

Fig. 4.1: Planta de lixiviación por agitación Ácidos El ácido sulfúrico es el más importante agente de lixiviación, las menas oxidadas de cobre y de zinc son fácilmente solubles en ácido sulfúrico diluido, por ejemplo: CuCO3.Cu(OH)2 + 2H2SO4  2CuSO4 + CO2 + 3H2O ZnO + H2SO4  ZnSO4 + H2O Impurezas tal como el hierro oxidado son disueltas en pequeñas cantidades: Fe2O3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3H2O 5. EXPERIMENTACION 5.1 Materiales - Probetas de 1l y 100ml - Pipeta - Bureta - Botellón - Baldes - Vaso de precipitación - Soporte Universal - Pinzas

5.2 Insumos - Acido sulfúrico concentrado (H2SO4) - Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.1N - Anaranjado de metilo - Mineral oxidado de Cu - Agua potable 5.3 Procedimiento 1) Reducir el mineral al 100% -m10. 2) Homogenizar y cuartear progresivamente el mineral. 3) Pesar 0.5 Kg. de mineral para cada grupo. 4) Se preparan 2l de solución lixiviante (solución de H2SO4) según : - Grupo 1: fuerza de acido = 10 g/l - Grupo 2: fuerza de acido = 30 g/l - Grupo 3: fuerza de acido = 50 g/l Para lo cual se dispone de una solución de H2SO4 concentrado y se aplica la siguiente relación para hallar las fuerzas pedidas: Si piden: X g/l de H2SO4  M = (X g/l) (2 l) = 2X g de H2SO4  V = M / D = (2X g) / (1.84 g/ml) = 1.087X ml de H2SO4  Se mezclan 1.087X ml de H2SO4 con la cantidad de agua necesaria para llegar hasta 2l de solución de H2SO4 con X g/l, teniendo en cuenta que siempre se debe adicionar poco a poco el H2SO4 al agua en mayor proporción y no al revés. 5) Para cada grupo se vierte la solución lixiviante sobre el mineral de Cu, en la relación L / S = 2 / 1 = 2 => se necesitara por 1 Kg de mineral 2 l de agua. 6) Inmediatamente se lleva a los rodillos de agitación para que produzcan el movimiento circular con eje en el plano horizontal, y esto a su vez haga que el mineral suba y baje constantemente. 7) Tomar muestras y analizar la solución rápidamente en los intervalos de tiempo de: 5`, 0.5, 1, 2 y 24 horas, donde se analizara el acido libre y análisis por cobre. Acido libre: Concentración del acido que queda en el producto con el tiempo Para calcular el acido libre se titula con Na2CO3 0.1N, agregando 2 gotas de anaranjado de metilo una muestra de 5 ml de la solución después de haber pasado el tiempo requerido, hasta que cambie de color rojo a naranja, el volumen gastado de titulante se usa para determinar la concentración de ácido libre mediante: C (H2SO4) g/l libre = (N (Na2CO3) eq/l) (V (Na2CO3) ml) (Peq (H2SO4) g/eq) V sol. ml C (H2SO4) g/l libre = (0.1 eq/l) (V (Na2CO3) ml) ((98/2) g/eq) V sol. ml C (H2SO4) g/l libre = 4.9 (V (Na2CO3) ml) g/l V sol. ml  C (H2SO4) g/l gastado = C (H2SO4) g/l - C (H2SO4) g/l libre  

C (H2SO4) g/l gastado = X g/l - 4.9 (V (Na2CO3) ml) g/l V sol. ml M (H2SO4) g gastado = (C (H2SO4) g/l gastado) (V l total)



M (H2SO4) g gastado = 2 (C (H2SO4) gastado) g



Consumo Kg/TM = (M (H2SO4) g gastado) / (M total Kg )



Consumo Kg/TM = 2 (C (H2SO4) g gastado) / (M Kg total )



V (H2SO4) l gastado = (M (H2SO4) g gastado) / (D g/ml )



V (H2SO4) l gastado = 2 (C (H2SO4) gastado) ml / (1.84 )



V (H2SO4) l gastado = 1.087 (C (H2SO4) gastado) ml

Se debe reponer el volumen de acido gastado y se enrasa con agua hasta los 2 l para mantener la fuerza del acido constante, se repite el procedimiento para cada análisis en cada tiempo indicado. Análisis por cobre: Se separan 45 ml de solución en cada intervalo de tiempo indicado, para su posterior análisis por concentración de Cu disuelto. En total son 50ml para análisis los cuales son considerados para efectos de cálculos. Se realizaran los siguientes cálculos: Fino g = (V sol. l) (Ley de sol. de Cu g/l) + (V análisis a titular l) (Σ (Ley anterior g/l)) Fino g = (1 l) (Ley de sol. de Cu g/l) + (0.05 l) (Σ (Leyes anteriores g/l)) Para el primer fino 

Ley anterior = 0

Fino g = (1 l) (Ley de sol. de Cu g/l)

Finos de Cu Relave g = (1000 x M rel. Kg) (% de Cu / 100) Finos de Cabeza calculada g = Finos de Cu Distribución g + Finos de Cu Relave g % extracción Cu = (Fino de Cu disuelto) (100) Cu cabeza calculada % de cabeza calculada = 100 x Finos de Cabeza calculada g 1000 x M total de cabeza calculada Kg 8) Con los datos obtenidos se realizan los cálculos de extracción de Cu y consumo de H2SO4 para luego expresar sus valores en una grafica teniendo como variable independiente y a optimizar, el tiempo. 5.4 Cálculos y Resultados Peso del mineral Granulometría Liquido / Sólido Volumen de agua Fuerza de H2SO4 Tiempo de agitación

: : : : : :

0.5 Kg . 100% -10m 2/1 2l 10, 30 y 50 g/l 5`, 0.5h, 1h, 2h, 24h.

Tablas:

Tabla 5.1: Balance metalúrgico para el mineral de Cu con fuerza de acido = 10g/l Tiempo (h) Can. Sol. Ley de Sol. (g/l) y % Parcial Acumulado Cos. (l, Kg) 0,083 0,083 1 7,7 0,417 0,5 1 12,5 1,5 2 1 14,2 18 20 1 15,2 4 24 1 16,2 Relave 0,5 1,500% Cabeza calculada 0,5 5,236% Cabeza analizada 0,5 5,200%

Titulaciones Parcial Acumulado 0 0 0,385 0,385 0,625 1,01 0,71 1,72 0,76 2,48

Finos Cu (g) 7,7 12,885 15,21 16,92 18,68 7,5 26,18 26

Extracción Cu (%) Parcial Acumulado 29,412% 29,412% 19,805% 49,217% 8,881% 58,098% 6,532% 64,629% 6,723% 71,352% 28,648% 100,000%

Con. H2SO4 (Kg/TM) Parcial Acumulado 19,6 19,6 19,2 38,8 19,4 58,2 19,4 77,6 19,6 97,2

Tabla 5.2: Balance metalúrgico para el mineral de Cu con fuerza de acido = 30g/l Tiempo (h) Can. Sol. Ley de Sol. Cos. (l, Kg) (g/l) y % Parcial Acumulado 0,083 0,083 1 10,2 0,417 0,5 1 15,4 0,5 1 1 18,2 1 2 1 18,3 22 24 1 19,2 Relave 0,5 0,800% Cabeza calculada 0,5 5,261% Cabeza analizada 0,5 5,200%


Finos Cu (g) 10,2 15,91 19,48 20,49 22,305 4 26,305 26



Tabla 5.3: Balance metalúrgico para el mineral de Cu con fuerza de acido = 50g/l Tiempo (h) Can. Sol. Ley de Sol. Cos. (l, Kg) (g/l) y % Parcial Acumulado 0,083 0,083 1 15,7 0,417 0,5 1 17,2 0,5 1 1 20,5 1 2 1 22,5 22 24 1 22,6 Relave 0,5 0,010% Cabeza calculada 0,5 5,289% Cabeza analizada 0,5 5,200%


Finos Cu (g) 15,7 17,985 22,145 25,17 26,395 0,05 26,445 26



Figuras: Extraccion de Cu vs. tiempo

Consumo de H2SO4 vs. tiempo

120,000%

180

y = 0,0771Ln(x) + 0,8015 R2 = 0,8507

160

y = 0,0809Ln(x) + 0,6608 R2 = 0,8467

140

y = 17,832Ln(x) + 101,31 R2 = 0,8815

100,000%

120

y = 0,0648Ln(x) + 0,4976 R2 = 0,9337

60,000%

40,000%

100 y = 12,395Ln(x) + 49,136 R2 = 0,9588 80 y = 6,9875Ln(x) + 50,893 R2 = 0,7798 60 10 g/l H2SO4

10 g/l H2SO4 30 g/l H2SO4 50 g/l H2SO4 Logarítmica (10 g/l H2SO4) Logarítmica (30 g/l H2SO4) Logarítmica (50 g/l H2SO4)

20,000%

0,000% 0,000

consumo (Kg/TM)

% extracción

80,000%

5,000

10,000

15,000

20,000

tiempo (h)

Fig. 5.1: Extracción de Cu vs. Tiempo

25,000

30 g/l H2SO4

40

50 g/l H2SO4 Logarítmica (30 g/l H2SO4)

20

Logarítmica (10 g/l H2SO4) Logarítmica (50 g/l H2SO4)

30,000

0 0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

tiempo (h)

Fig. 5.2: Consumo de acido vs. Tiempo

30,000

6. CUESTIONARIO 1) ¿Cuál es el consumo máximo de acido (Kg/TM)? Para efectos de cálculo se hace tender los puntos de la grafica a una función exponencial de la siguiente forma: Consumo = K1 ( 1 – e K2 . t ) Donde:

K1 = Consumo máximo en Kg/TM Tabla 6.1: Consumo máximo de acido para fuerza = 10g/l

Tiempo 0,083 0,5 2 20 24

K1 (Kg/TM) K2 Consumo 19,6 38,8 58,2 77,6 97,2

58,28 -294,1541 Estimado 58,28 58,28 58,28 58,28 58,28

Máximo Error^2 1496,1424 379,470399 0,0064 373,262401 1514,7664 3763,648

Tabla 6.2: Consumo máximo de acido para fuerza = 30g/l

Tiempo 0,083 0,5 1 2 24

K1 (Kg/TM) K2 Consumo 44,32 87,84 112,82 129,56 144,36

103,78 -294,1541 Estimado 103,78 103,78 103,78 103,78 103,78

Máximo Error^2 3535,49159 254,083597 81,7216018 664,608405 1646,73641 6182,6416

Tabla 6.3: Consumo máximo de acido para fuerza = 50g/l

Tiempo 0,083 0,5 2 20 24

K1 (Kg/TM) K2 Consumo 32,18 36,53 59,31 62,88 68,41

51,86 -294,1541 Estimado 51,8619998 51,8619998 51,8619998 51,8619998 51,8619998

Máximo error^2 387,381116 235,070218 55,4727071 121,396329 273,836311 1073,15668

2) ¿Cuál es el tiempo óptimo de agitación para cada prueba? Para efectos de cálculo se hace tender los puntos de la grafica a una función exponencial de la siguiente forma: Extracción = K1 ( 1 – e K2 . t ) Donde:

K1 = Extracción máxima en %

Tabla 6.4: Extracción máxima de Cu para fuerza = 10g/l

Tiempo 0,083 0,5 2 20 24

K1 0,54541635 Máxima K2 -294,1541 Extracción estimado Error^2 29,412% 54,542% 0,06315104 49,217% 54,542% 0,00283522 58,098% 54,542% 0,00126462 64,629% 54,542% 0,01017648 71,352% 54,542% 0,02825943 0,10568679


Tiempo 0,083 0,5 1 2 24

K1 0,67200152 Máxima K2 -294,1541 Extracción estimado Error^2 38,776% 67,200% 0,08079382 60,483% 67,200% 0,00451228 74,054% 67,200% 0,00469802 77,894% 67,200% 0,0114357 84,794% 67,200% 0,03095352 0,13239335


Tiempo 0,083 0,5 2 20 24

K1 0,81221403 Máxima K2 -294,1541 Extracción estimado error^2 59,369% 81,221% 0,04775493 68,009% 81,221% 0,01745656 83,740% 81,221% 0,00063425 95,179% 81,221% 0,01948054 99,811% 81,221% 0,03455705 0,11988333

El tiempo óptimo para este caso, es el menor posible cuando la variación de la extracción de Cu y el consumo de acido prácticamente es despreciable, es decir no depende del tiempo, pero en las estimaciones los valores son prácticamente constantes, por ende el valor mas cercano a esa constante seria la que defina al tiempo optimo que en este caso seria 2 horas porque su imagen es el mejor promedio en todos los casos. 3) Realice el balance metalúrgico a partir de las soluciones y cabeza analizada. El balance metalúrgico de cada caso esta indicado en las tablas 5.1, 5.2 y 5.3 4) Realice el balance metalúrgico a partir del relave y la cabeza. El balance metalúrgico de cada caso esta indicado en las tablas 5.1, 5.2 y 5.3 5) ¿Cuál es la máxima extracción del cobre en el mineral. Según la Tabla 6.4: Extracción máxima de Cu para fuerza (10g/l) = 54.542% Según la Tabla 6.5: Extracción máxima de Cu para fuerza (30g/l) = 67.2% Según la Tabla 6.6: Extracción máxima de Cu para fuerza (50g/l) = 81.221%

6) Construya las curvas de cinética de extracción y consumo de acido. Están indicadas en las figuras 5.1 y 5.2 7) De acuerdo a las curvas de extracción y consumo de acido, cuales serian los valores del consumo de acido y % de extracción de Cu que usted recomendaría para una operación a nivel industrial. Para fuerza (10g/l) => Para fuerza (30g/l) => Para fuerza (50g/l) =>

%ext. = 54.542% %ext. = 67.2% %ext. = 81.221%

Consumo = 58,28 Kg/TM Consumo = 103,78 Kg/TM Consumo = 51,86 Kg/TM

8) Hable sobre los procesos de lixiviación de óxidos de cobre empleando pilas. Lixiviación en Pilas o Montones. Este tipo de metodología se emplea generalmente para menas de cobre y oro, mediante este método se trata menas oxidadas, las cuales son trituradas a <2” por regla general y en algunos casos se trata tal como sale de la mina y luego son apiladas en montones en un sitio especialmente preparado (impermeabilización), en la cual el ciclo de lixiviación varia en meses (de 4 a 6 meses) y al cantidad apilada es de aproximadamente de 3x105 TM.

Fig. 6.1: Lixiviación en montón En este caso para el cobre las leyes varían entre 0.5 a 1.0% Cu, la solución lixiviante se alimenta a una concentración de 2 a 10gpl de ácido sulfúrico, obteniéndose soluciones ricas entre 2 a 5 gpl de cobre. En el caso de menas de oro, se tratan minerales con leyes entre 0.3 a 2 gpt d Au y la altura de los módulos pueden variar entre 6 a 10 m. El riego puede ser por aspersión o por goteo tal como se puede apreciar en las siguientes fotos:

Fig. 6.2. Riego por aspersión

Fig. 6.3: Riego por aspersión

7. CONCLUSIONES Las graficas pueden reflejar que: A mayor fuerza de acido mayor consumo de acido y mayor extracción de Cu A mayor tiempo mayor extracción de Cu y consumo de acido, pero tiende a un limite. Las graficas tienen un mejor ajuste logarítmico, pero esto no es posible, ya que en el tiempo 0, la extracción y el consumo deberían ser 0, lo cual es imposible ya que no hay logaritmo de 0 y en el limite es menos infinito, valor incalculable. El ajuste fue exponencial restringiendo para cuando el tiempo es 0 su imagen es 0 y para el tiempo infinito, en el limite tiende a un valor constante, dicho ajuste fue el mejor, sin embargo el error fue grande y prácticamente no presento variación en los puntos analizados, lo cual hace pensar que no se hizo un buen análisis, y que no se esta trabajando en la etapa controlante del proceso, lo cual no es cierto, ya que la dispersión de los puntos si se ajusta a una curva logarítmica, por ende seria conveniente modelar con otro tipo de funciones para mejorar el ajuste y poder gobernar el proceso. 8. RECOMENDACIONES Se recomienda al momento de realizar los cálculos, considerar los 50ml de la muestra para el análisis por titilación. Al momento de realizar el laboratorio, coincidir los tiempos de los distintos grupos, esto ayudara a tener mejores ajustes y poder comparar en un mismo tiempo como influyen las otras variables. Se recomienda tener a la mano todos los modelos posibles para estimar con mejores ajustes las variables. Conocer la herramienta solver del Excel, ya que fue utilizada para calcular los valores máximos de extracción y consumo, en el ajuste de una curva minimizando el error.

9. BIBLIOGRAFIA Copias de clase Internet

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