I.
TITULO:
CEMENTACION DEL COBRE
II.
OBJETIVOS: 1. Experimentar con la lixiviación de minerales de cobre que es la primera etapa de los procesos hidrometalúrgicos para la producción de cemento de cobre y de cobre electrolítico electro depositado (cobre electro won) 2. Obtención de cemento de cobre por precipitación química utilizando fierro metálico, su relación con la serie electromotriz de los metales y con la electrólisis de metales en solución.
III.
FUNDAMENTO TEORICO: Proceso de cementación La cementación es la precipitación de un metal desde una solución acuosa, que se produce por efecto de la presencia de otro metal. En este proceso el metal precipitado usualmente se deposita o "cementa" sobre el metal añadido. El proceso se basa en el potencial de electrodo que tengan los metales involucrados. El metal con potencial de electrodo más alto, tiene mayor tendencia a la oxidación, y pasará a la solución desplazando al metal que tenga un menor potencial positivo. Esto ocurrirá de esta forma siempre y cuando las soluciones sean diluidas y el ión del metal no esté formando complejo. Cuando hay complejos involucrados, los datos de potencial de electrodo pueden cambiar drásticamente. En general, mientras mayor sea el potencial de celda de la reacción de cementación, cementación, mayor será la tendencia a precipitar impurezas, ya que éstas se encontrarán comprendidas comprendidas con mayor probabilidad, en cierto rango de potenciales, potenciales, por lo que se verán verán favorecidas para para precipitar en conjunto. conjunto. Por ejemplo, en el caso de la cementación de cobre mediante fierro, junto al cobre coprecipitan el plomo, estaño, níquel y cobalto que se encuentran presentes en solución, contaminando contaminando el producto. producto. De igual modo, cualquier cualquier impureza insoluble presente en el fierro, como los carburos, también contaminará el producto. En la cementación de platino y paladio con zinc, es mayor la amenaza de coprecipitaciones y de posterior contaminación del precipitado; en estos estos casos la selectividad del proceso proceso es más baja y la contaminación puede resultar inaceptable. La cementación en fase líquida presenta las siguientes ventajas: ventajas: • •
la reacción se produce con gran rapidez. el precipitado puede separarse con facilidad sin contaminación.
•
•
se puede reciclar la solución gastada final y proceder a devolverla a su estado reducido anterior con algún otro proceso sencillo. presenta una gran economía de espacio y de costos de operación.
Como precaución, debe mantenerse siempre alejado el ingreso de oxígeno al reactor de cementación, para evitar reacciones competitivas que reduzcan la efectividad del agente precipitante.
Cementación de cobre con chatarra de fierro La cementación del cobre con chatarra es una técnica muy utilizada en la industria minera de mediana y pequeña escala, para recuperar el metal que se encuentra en las soluciones acuosas ricas provenientes de la lixiviación. La implementación de procesos de sedimentación tiene una menor inversión respecto a las plantas tradicionales de SX (extracción por solvente)-EW (electro obtención). No obstante, el uso de SX-EW es hoy en la actualidad una operación muy utilizada y que ha reemplazado en faenas mineras a gran escala, fundamentalmente porque no requiere de un proceso de fundición de cementos. Una vez obtenida las soluciones de lixiviación ricas en cobre, éstas son sometidas al proceso de cementación con fierro haciendo uso de las técnicas y alternativas que se indican a continuación.
Precipitación con bateas o canaletas gravitacionales Este es el sistema más antiguo para la cementación de cobre, se basa en el uso de recipientes o bateas hechas de hormigón con fondo de madera. El fondo de estas bateas tiene una pendiente de 2%, de manera de obligar el escurrimiento de las soluciones desde una punta hacia la otra. En cada una de las bateas se adiciona permanentemente chatarra de fierro, y desde el extremo de mayor altura, se alimenta en forma continua las soluciones ricas en cobre. De esta forma y por efecto de la pendiente de la batea, las soluciones escurren hacia el extremo de menor altura, manteniendo un contacto permanente con la chatarra, logrando que se produzca la cementación. Cabe recordar que por efectos de eficiencia del sistema, se requiere un flujo continuo y una velocidad de escurrimiento suficiente para que el consumo de chatarra no aumente, ya que a mayor tiempo de cementación, aumenta considerablemente los requerimientos de chatarra. La recuperación de cobre mediante este sistema alcanza a alrededor de un
80-85%, obteniéndose un producto bastante sucio, debido a la contaminación con chatarra.
Precipitación con equipos rotatorios discontinuos Estos equipos fueron desarrollados en Alemania en la década del 60, y se les conoce como "fall-trommels". En Chile, fueron utilizados en la Mina La Cascada entre los años 1972 y 2000, y en Mantos Blancos desde 1991 a 1996. En estos equipos, cada reactor está formado por una botella de acero cilíndrica, cerrada y con un extremo semi-esférico. Su capacidad alcanza a los 33 metros cúbicos y tiene un eje inclinado a unos 25 grados por encima de la horizontal. Cada reactor cuenta con los mecanismos necesarios para rotar lentamente sobre el eje a unas 0,3 rpm, similar a la rotación que mantienen los camiones que transportan cemento. La gran ventaja de estos reactores en relación al uso de las bateas, es que logran mantener la chatarra en movimiento permanente, con lo que el cobre depositado se despega continuamente, generando nuevas superficies de precipitación y pudiendo así alcanzar grandes rendimientos.
Precipitación con equipos rotatorios continuos A partir de los diseños originales de lo alemanes, en los años 60 se desarrollaron en Chile una serie de reactores cilíndricos, pero horizontales, de diversas dimensiones, inicialmente hechos de madera y con sistemas de movimiento similares a los de un molino de bolas, que giran sobre su eje a una frecuencia muy baja, correspondiente a una vuelta por cada 3 a 5 minutos. En su interior los cilindros presentan un sistema de protección basado en tacos de madera de fibra larga, como la madera de eucaliptos, colocados uno al lado del otro, con el sentido de la fibra orientada hacia el interior del reactor. Al humedecerse, la madera se hincha, generando un sello perfecto para el líquido contenido. En el manto del cilindro se ubica una compuerta para efectuar el relleno de chatarra cada vez que se inicia un nuevo turno.
IV.
EQUIPOS Y MATERIALES: • • • • • • • • •
V.
Sulfato de cobre penta hidratado. Balanza. Vasos de precipitado. Agitador magnético. Ácido sulfúrico. Ph metro. Pipeta 10 ml. Bombilla para pipetear. Piseta.
PROCEDIMIENTO: CEMENTACION: Preparar un litro de una solución con 5 gr. /lt. de Cu, a partir de sulfato de cobre penta hidratado grado reactivo, y 20 gramos por litro de acido sulfúrico CC. En un vaso de precipitado de 2 litros. Aplicar agitación al sistema por medio de una barra magnética. Finalmente colocar las láminas de hierro en solución cuprosa y tomar muestras cada 20 minutos. Retirar las láminas de hierro. Lavar el cobre precipitado. Secar y pesar ambos, el cobre cementado y las láminas de hierro. Filtrar la solución para recuperar cualquier cobre precipitado. Secar y pesar este cobre, adicionándolo al cobre previamente lavado de las láminas de Fe.
ANALISIS DE COBRE: 1. Colocar 10 ml de solución en un vaso de 250 ml y diluir con agua a 100 ml. 2. Adicionar 10 ml de NH4OH para precipitar al hidróxido de Fe. 3. Titular el filtrado con solución estándar de KCN. La solución primero será azul, luego rosada y cuando se alcanza el punto final, todo el color desaparece quedando una solución clara. (cualquier hidróxido ferrico no
removido por filtración dejara un color marrón claro naranja en el punto final). 4. Calcular la cantidad de cobre en la solución después de 15, 30, 45 y 60 minutos.
VI.
RESULTADOS: 6.1. Calcular el porcentaje de cobre cementado por el Fe en una hora .
Tabla Nº 01 Lamina 1
Wo (gr.) 49.016
Wf (gr.) 47.566
Área (cm2) 9.4 x 4.9
PM CuSO4 + 5H2O = 249.68 Densidad H2SO4 = 1.8364 gr. /ml W Cu recuperado = 4.131 gr. W CuSO4. 5H2O = 20 gr.
Tabla Nº 02 t (min.) 0 15 30 45 60
Vol. 500 490 480 470 460
ppm (litro) 4763.48 670.10 103.55 0.00
Wcu sol. = 20gr.+ 5H2O x 1mol CuSO4 + 5H2O x 63.54 gr. Cu2+ = 5.09 gr. Cu2+ 249.68 CuSO4 + 5H2O 1mol CuSO4 + 5H2O
Resultados: 4.131 x 100 = 81.16% 5.09 5.09 gr. ---------------------- 1000 ml. X ---------------------- 900 ml. X = 4.581 gr. Cu (en 900 ml.) %Cu cementado = 4.131 x 100 = 90.18% 4.581
Consumo teórico: Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+ 4.581 gr. Cu x 55.85 gr. Fe = 4.027 gr. Fe 63.54 gr. Cu
4.027 gr. Fe = 0.975 gr. Fe / gr. Cu 4.131 gr. Cu
Calculando la constante de velocidad especifica K , en cm. /seg. Area total = 2( 9.4 x 4.9 ) + 2( 9.3 x 5 ) + 2( 9.3 x 5 ) = 278.12 cm 2 -dCA = KA ( CA ) dt V ln CA = Kat CAo V Ahora de la tabla 2 podemos hallar las cc finales por la formula: C1 V1 = C2 V 670.10 x 1000 = C 2 x (900) C2 = 744.56 103.55 x 1000 = C 2 x (890)
C2 = 116.35 0.0x 1000 = C2 x (880) C2 = 0.00
ppm Cu2+ 4763.48 744.56 116.35 0.00 Ahora hallamos la concentración del Cu 2+: 4763.48 mg. Cu2+ / lt x 1gr. Cu 2+ x 1 gr. Cu2+ = 0.0749 M 103 mg. Cu2+ 63.54 gr. Cu2+ 744.56 mg. Cu2+ / lt x 1gr. Cu 2+ x 1 gr. Cu2+ = 0.01172 M 3 2+ 2+ 10 mg. Cu 63.54 gr. Cu 116.35 mg. Cu2+ / lt x 1gr. Cu 2+ x 1 gr. Cu2+ = 0.00183 M 3 2+ 2+ 10 mg. Cu 63.54 gr. Cu Cu2+ 0.0749 0.01172 0.00183
CA / CAo 1 0.16 0.0244
T (seg.) 0 1200 2400
Ln CA / CAo 0 -1.856 -3.713
Ahora realizamos la grafica –Ln CA / CAo vs. T:
-Ln CA / CAo 0 1.856
-ln(CA/CAo) VS TIEMPO 4 2400; 3,713
3,5 3
) o A 2,5 C / A 2 C ( n 1,5 l -
1200; 1,856
1 0,5 0
0; 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
TIEMPO
m = (3.2 – 1.5) (1990 - 950) m = KA V
VII.
= 1.635x10 -3
1.635x10-3
= K (278.12) = 5.88x10-3 1000
CONCLUCIONES: 1. Se observa el cobre precipitado y la oxidación o solución del fierro. 2. Reportar el peso del precipitado con comentarios sobre el proceso. 3. El cobre se oxida pasando a solución en forma de iones (cationes con dos valencias positivas), la solución es de color azul (sulfato de cobre), los sólidos son estériles en cobre. 4. La concentración de cobre en solución es de 2 gr. /L aproximadamente.
VIII. BIBLIOGRAFIA: 1. El Cobre Metalurgia Extractiva. A.K. Biswas y W.G. Davenport Editorial Limusa 2. Hidrometalurgia de Metales Comunes George D. Van Arsdale Editorial Uteha
3. Ingeniería Electroquímica C.L. Mantell Editorial Reverte, S.A. 4. Handbook of Mineral Dressing Arthur F. Taggart John Wiley and Sons, Inc. 5. Metalurgia Extractiva No Ferrosa Charles Burroughs Gill Editorial Limusa 7. Lixiviación en Montones. Manual Práctico publicado por Chester F. Millar 9. Extracción en fase líquida Robert E. Treybal Editorial Uteha
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA
CURSO DE LABORATORIO DE EXTRACITVA I
TEMA: “CEMENTACION DEL COBRE”
PROFESOR: Ing. Agusberto Cortijo
Estudiante: Castañeda Amaya, Cesar Eduardo
Ciclo: VII
TRUJILLO-PERÚ 2006
