UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
ÍNDICE
Introducción........................................................................................................................2 Consideraciones Teóricas.................................................................................................2 Cementación:....................................................................................................................2 Modelo Cinético de Cementación................................................................................3 Efecto de las Variables Fundamentales....................................................................4 datos y clculo E!"E#IME$T%&....................................................................................' (raficas de los clculos e)*erimentales.......................................................................+ conclusiones y recomendaciones.....................................................................................,
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Cementación de soluciones lixiviadas INTRODUCCIÓN La producción de precipitado de cobre o cemento de cobre, es una tecnología conocida y sencilla a partir de minerales oxidados, se obtiene a partir de soluciones provenientes de lixiviación ácida de cobre, o soluciones ácidas de agua de mina, para obtener un producto aceptable en su comercialización, debe tener características establecidas en sus impurezas, se requiere caracterizar el mineral oxidado, que se va a utilizar para obtener el precipitado de cobre, debe conocerse el contenido de hierro, carbonatos, y otras impurezas, para procesar a pequeña escala debe tener un contenido aceptable de cobre(ley de cabeza, que presente un tipo de mineralogía que !acilite una buena recuperación o extracción de cobre" #na de las limitaciones para los pequeños productores, es el precio del metal y excesivo costo de los insumos, como la chatarra de !ierro, y el ácido sul!$rico, ambos insumos existen en el mercado nacional"
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
CEMENTACIÓN: La cementación es un proceso de precipitación química que permite retirar iones en solución agregando un reactivo precipitante" %n el caso de iones metálicos disueltos la reacción se !avorece agregando un metal más activo, seg$n la serie electroquímica, como reactivo para !ormar un precipitado conocido como cemento" %ste proceso es aplica en el tratamiento de e!luentes de operaciones metal$rgicas" La cementación del cobre en solución está descrita por la reacción& 'e) Cu*) + Cu ) 'e*) 'e& chatarra de hierro o retallas de !ierro Cu*)& cobre en solución como sul!ato Cu & -recipitado de cobre metálico 'e*)& 'ierro en solución como sul!ato !erroso .demás del !ierro, podrían utilizarse otros metales para la cementación, por e/emplo, el aluminio o el zinc pero a un costo considerablemente más alto" -or consiguiente, el !ierro (como desperdicio de acero es el $nico medio de
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS cementación práctico" Como se hace en la industria del cobre, la solución de lixiviación original se hace !luir a trav0s de una pila de desperdicio de acero y el cobre precipita sobre las super!icies de hierro" %l precipitado de cobre se desprende en escamas o en !orma de polvo 12ilyard, 34567, ba/o la in!luencia del !lu/o de la solución, pero invariablemente está contaminado con el !ierro sobre el cual precipita (análisis típico& 89 a 4: de Cu, "* a *: de 'e, "9: de ;i<*, oxígeno remanente" La venta/a principal de la cementación es su sencillez" =irtualmente se puede remover todo el cobre de la solución en una serie corta de tanques o de canales de contacto" Contra esta sencillez se debe considerar el hecho de que el producto de cobre se puri!icará posteriormente" %l m0todo más com$n de tratamiento del cobre cementado es por !undición en hornos de !undición o convertidores a partir de los cuales sigue la ruta estándar de electro re!inación de ánodos" * ) Cu*) +Cu ) * >) %l producto de esta reacción es cobre en polvo" ?eacciones de Cementación @ostramos las siguientes reacciones de cementación en los sistemas Clorurante y ;ul!atante& * CuCl* ) * 'eCl6 ) 6 'e ⟶*Cu) 9 'e Cl*AA" (3" Cu;B ) 'e ⟶Cu ) 'e;
MODELO CINÉTICO DE CEMENTACIÓN La ecuación cin0tica del proceso de cementación es de la !orma& dCDdt E F CAAA (%q" 3 Gonde&
FE Constante Cin0tica del sistema"
?esolviendo la %cuación (3 obtenemos el @odelo Cin0tico de la cementación que nos permitirá hacer el tratamiento de los datos experimentales"
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS C E C< %xp ( FtAAAAA" (%q" *
.plicando la %cuación de Hernst para correlacionar el potencial de electrodo con la concentración podemos tener la siguiente expresión para hacer las trans!ormaciones del potencial en Concentraciones de los iones& I=E F J log CAAAAAA" (%q" 6
EFECTO DE LAS VARIABLES FUNDAMENTALES La Constante cin0tica de Cementación F se ve a!ectada por la modi!icación de los variables !undamentales tales como& .gitación, dosi!icación de >ierro, 2emperatura, p>, así como la presencia de otros iones presentes" La constante F Klobal de cementación es el resultado de los aportes de las contribuciones de las variables !undamentales como lo podemos apreciar en las expresiones siguientes& F E F2JF?-@JF'eJFp> AAAA"AA (%q" B F2 E F %xp(% .CD?2 AAAAAA""(%q" 9 F?-@ E F3 (?-@n AAAA"AAAA"(%q" F'eE F* (m'e p AAAAA"A""AA"""(%q" 5 Fp>E F6 (p>q AAAA""AAAAA"(%q" 8 ?eemplazando las expresiones (B, (9, (, (5 y (8 en (* se tiene& C E C< %xp ( F BJ F2J F?-@J F'eJ Fp> J tAAA"" (%q" 4
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS DATOS Y CÁLCULO EXPERIMENTAL
%l sistema está constituido por un volumen de solución diluida de sul!ato de cobre pentahidratado con láminas de hierro (necesario ) 39: exceso y se agita por cierto tiempo"
;e preparó 9 mL de solución acuosa de sul!ato de cobre de concentración aproximada a gr de cobreDL" . partir del peso de Cu;*<"
M g Cu;< B"9>*< E gCuDL x *B4"9 g Cu;< B"9>*< D 6"9 gCu M g Cu;*< E *69"59 g Cu;< B"9>*< gCuDL ó 117.87 g en 500 mL
N luego se le va añadir hierro puro seg$n la reacción& Cu)* ) 'e
Cu ) 'e)*
-eso 'eE 0.5 gFe
Luego se traba/ó con *9mL de solución donde se tomó su p> con respecto al tiempo (cada 3 minutos se midió el p> de la solución y posteriormente se le agregó "9g'e
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS GRAFICAS DE LOS CÁLCULOS EXPERIMENTALES 2iempo (min 3 * 6 B
p> (m= B5"8 *6"6 36" 3*6"B 3*"*
dC D d2 E FC
n
log ( dC D d2 E log F ) nLog C
C$%&!%'&*+% (,V) - T*!,"$ (,*%) 450 400 350
f(x) = 348.0 !x"( #0.03 x )
300 250 200 150 100 50 0 0
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-ara hallar dC&
d2
dC& y E 6B8"eO("6*x
6B8"
3
*9*"5B
*
386"96
6
366"*5
B
4"55
-ara hallar CJ&
d2
dtD*
CJ y E *"*895eO("39x
9
*4"
39
*39"65
*9
39"64
69
336"9
dC
dCDd2
CJ
Log(dCDd2
LogCJ
%P% (N
%P% (Q
3
49"6*
4"96*
*4"
"454*
*"B5**
3
4"*3
"4*3
*39"65
"8B*
*"666*
3
9"*
9"*
39"64
"53*
*"34B*
3
6"9
6"9
336"9
"9*6
*"99*
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L$1 (#2C2T) - L$1 C 1.2 1
f(x) = /x # /.4 0.! 0.6 0.4 0.2 0 2
2.05
2.1
2.15
2.2
2.25
2.3
2.35
2.4
2.45
;eg$n el gra!ico hecho en %xcel, la ecuación de la línea de tendencia es& y = 0.9998x - 1.4925
Gonde el a/uste de& Log (-dC/dT) = nLogC * + LogK
%l orden de pendiente es& n = 0.9998 a!ox"madamen#e
o!den 1
>allando la constante cin0tica F& LogF E 1.4925 K = 0.0$22
%on&#an#e %"n'#"%a de %emen#a%"n de %o!e
>allamos la ecuación cin0tica respectiva& dCDd2 E FC n -dC/dT = (0.0$22).C
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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;e obtiene buenas soluciones lixiviadas (-L; de acuerdo al n$mero de re extracciones e!ectuadas" La Caracterización empleando t0cnicas de di!racción de rayos Q (G?Q, !luorescencia de rayos Q ('?Q, espectroscopia @Rssbauer (%@ nos ayuda a controlar y optimizar me/or los procesos metal$rgicos" Los cementos encontrados están por encima de 5: Cobre con lo cual aumenta su valor comercial" La temperatura me/ora la cin0tica de cementación en todo su rango más un incremento en la velocidad de agitación empeora la cin0tica de cementación" ;e logra encontrar un modelo cin0tico que caracteriza el -roceso de Cementación del Cobre que nos permite simular las distintas condiciones de ?-@, 2emperatura y 2iempo que pre!iguran la cementación del Cobre"
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