METALURGIA EXTRACTIVA MNMN -731
Lorena Cortés M. M. lorena.corté
[email protected]
Días de Clases •
Lunes 13:30 a 15:00 hr.
•
Martes 13:30 a 15:00 hrs
•
Miercol Mie rcoles es 13:3 13:30 0 a 15:0 15:00 0 hrs
Días de Clases •
Lunes 13:30 a 15:00 hr.
•
Martes 13:30 a 15:00 hrs
•
Miercol Mie rcoles es 13:3 13:30 0 a 15:0 15:00 0 hrs
EVALUACIONES •
1ª Prueba 40 %, 21 de Noviembre 2015
•
2ª Disertación y seminarios 20 %
•
3ª Prueba 40 %, 16 de diciembre 2015
Programa Estudios •
OBJETIVO GENERAL
Que el estudiante desarrolle las capacidades para enfrentar problemas experimentales vinculados a tareas de control operacional y desarrollo de inge in geni nier ería ía bá bási sica ca en el ár área ea de Me Meta talu lurg rgia ia ex extr trac acti tiva va.. •
UNIDAD I: PROCESOS DE CONCENTRACION
Explicar de manera general los procesos, con un enfoque en los balances de planta, ver tipos de circuitos mineros dependiendo del mineral a extraer, similit sim ilitude udess y dif difere erenci ncias. as. •
CONTENIDOS –
–
–
Describir los procesos utilizados para la obtención de metales u otros tipos de productos Diagramas de los diferentes tipos de circuitos de procesamiento de minerales Realizar un balance del área de conminucion con balance de agua
Programa Estudios •
UNIDAD II: HIDROMETALURGIA
OBJETIVOS •
Entregar fundamentos teóricos y características principales de los procesos de lixiviación. Emplear criterios teóricos-económicos en la selección de un proceso determinado, como así mismo en equipos, infraestructura, etc. Aplicar aspectos teóricos, analizar, diseñar y calcular sistemas o circuitos ci rcuitos de purificación de soluciones.
CONTENIDOS –
–
Aspectos básicos de la hidrometalurgia Aglomerado, curado y apilamiento
–
Tipos de Lixiviación
–
Parámetros de Lixiviación
–
Proceso de extracción por solvente
–
Proceso de electro obtención
–
Diagrama de Mccabe-thiele
Programa Estudios •
UNIDAD III: PIROMETALURGIA
OBJETIVOS •
•
Entregar fundamentos teóricos y características principales de los procesos de Pirometalurgia. Emplear criterios teóricos-económicos en la selección de un proceso determinado, como así mismo en equipos, infraestructura, etc. Aplicar aspectos teóricos, analizar, diseñar y calcular la recuperación del sistema. CONTENIDOS –
Aspectos básicos de la flotación
–
Reactivos de flotación
–
Tipos de celdas
–
Balance metalúrgico
–
Pirometalurgia
Proceso Productivo
Variables a estudiar en la lixiviación en pila •
Sistema de riego. –
–
–
La decisión del flujo específico a utilizar es función de diversas variables, tales como permeabilidad del lecho, flujo total y concentración adecuada a las condiciones de diseño del proceso siguiente, tipo de especie minerales presentes, altura de apilamiento, aireación del lecho, etc.
Asimismo, debe definirse si el riego a de ser por aspersión o goteo, en función de las consideraciones tales como tasa de evaporación, dureza del agua, regímenes de viento, peligro de congelamiento, entre otras.
Final y obviamente la materia de fabricación de estos sistemas de irrigación debe ser compatible con la severidad corrosiva de los agentes químicos utilizados en el proceso de lixiviación, así como en la abrasividad de los fluidos en muchas oportunidades.
Sistema de riego Criterios de elección: Riego por goteo
1.- Si el agua es escasa. 2.- Si el pH de trabajo no permite precipitación de las durezas del agua. 3.- Peligro de congelamiento. 4.- Régimen de viento fuerte y permanente.
Riego por aspersión
1.- Recurso agua no es limitante. 2.- Aguas muy duras y peligro de precipitación de carbonatos. 3.- Condiciones climáticas favorables. 4.- Régimen de viento moderado o intermitente a ciertas horas del día.
Irrigación por goteo •
•
•
El riego por goteo se basa en el principio de entregar pequeñas cantidades de solución, lo que se obtiene a través de goteros especialmente diseñados para este efecto. El ingeniero hidráulico junto con el metalurgista, ejecutan la planificación del riego y hacen los cálculos hidráulicos correspondientes. En general se recomienda los siguientes principios básicos: –
Debe existir un sistema de filtros que los debe mantener en buenas condiciones.
–
Deben aplicarse las correctas presiones del sistema.
–
Las tuberías y líneas de goteo deben ser periódicamente limpiadas.
Irrigación por goteo
Se observa una tuberías de distribución de polietileno de alta densidad, estas tuberías llevan el líquido hasta las líneas de goteo. Por ejemplo en MEL, los goteros se encuentran distanciados a 60 cm y las líneas a 76 cm entre sí.
Irrigación por goteo Gotero comercial marca Paltro:
Vista superior de una pila de material de oro irrigada con una solución de cianuro
Irrigación por aspersión •
•
•
La modalidad de aspersión tiene la ventaja de proveer una muy buena distribución del flujo superficial. Este aspecto es de importancia cuando se trata de lechos minerales de poca altura, en los cuales no alcanza a producirse una difusión lateral adecuada del agente lixiviante. También es posible lograr una adecuada distribución de flujo con el sistema de goteo pero a costa de una malla de irrigación sumamente densa de costo probamente mayor.
Irrigación por aspersión •
En definitiva dadas las condiciones adecuadas en términos de abundancia de agua de modo que la mayor evaporación de la aspersión no perjudique y un régimen de viento moderado se puede afirmar que la aspersión dado su mejor distribución de flujo debe proveer recuperaciones superiores a un sistema bien diseñado.
Tipos de Pilas •
La pilas puede ser: –
–
•
Pilas permanentes: en este tipo de pila el ripio no se retira una vez que se completa el ciclo de lixiviación. Pilas renovables: en este tipo de pila los ripios se sacan una vez terminado el ciclo de lixiviación y luego se carga mineral nuevamente sobre la misma carpeta.
La elección de uno u otro tipo de pila dependerá del análisis económico que se debe realizar.
PERMANENTE
RENOVABLE
Campo de aplicación
1.- Minerales de baja ley. 2.- Minerales de baja extracción. 3.- Cinética lenta. 4.- Lixiviación secundaria de ripios. 5.- Amplio espacio disponible.
1.- Minerales de alta ley. 2.- Minerales de alta extracción. 3.- Cinética rápida. 4.- Lixiviación primaria de minerales
Características generales
1.- Pilas altas para lograr una alta densidad de carga de 2 material/m de pila. Generalmente 5 m o más. 2.- Buena resistencia mecánica de la ganga. 3.- Granulometría gruesa. 4.- Comúnmente diseñadas para cargas sucesivas de mineral en capas. 5.- La altura queda limitada por las necesidades de oxígeno en el interior de la pila.
1.- Pilas relativamente bajas para permitir una rápida carga y descarga de material. Generalmente 2 m. 2.- Granulometría más fina. 3.- La altura queda definida por el sistema de carga y por la concentración de las soluciones a obtener.
Configuración de la pila. •
Independiente del tipo de pila, la configuración indica si todo el material esta apilado en la misma etapa de tratamiento o no. Así una pila puede ser: –
–
Pilas Unitarias: todo el material depositado pasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de tratamiento. Pilas Dinámicas: en una misma pila coexisten materiales que están en diversas etapas del ciclo de tratamiento.
Comparación UNITARIA
DINÁMICA
- Carga de una vez la totalidad de la pila y la descarga de una vez al término del ciclo de tratamiento.
- En cada período, descarga un módulo y carga otro, con la condición que no haya contacto entre el mineral fresco y el ripio. - Menor inversión unitaria por mejor aprovechamiento del piso impermeable.
- Ventajosa para plantas de baja capacidad. - Ciclos de operación muy regulares. - Concentraciones muy estables y regulables en las soluciones de proceso. - Operación más simple.
- Menor capital de trabajo.
Ciclos de lixiviación. •
Carguío de las pilas: –
–
–
Se realiza por diferentes medios, tales como camiones, cargadores frontales, correas transportadoras, etc. Debido a que el rango de tamaño del mineral es relativamente grande y heterogéneo, al cargar las pilas tiende a ocurrir una clasificación por gravedad, donde las partículas más grandes quedan en la parte inferior y las de menor tamaño arriba. Por esta razón se realiza un aglomerado con una cierta cantidad de agua para que las partículas más pequeñas se adhieran a las más grandes.
Ciclos de lixiviación. •
Carguío de las pilas: –
La carga de la pila se debe realizar por capas, para evitar el problema de canalizaciones en el lecho mineral.
Sistema de carguío en El Abra
Grasshopper en Lomas Bayas
Ciclos de lixiviación. •
Contacto de soluciones –
–
–
Ataque químico: La solución entra por la superficie de la pila según una tasa de riego predeterminada que permita que no se derrumbe la pila. Manejo de soluciones: Una vez que la solución haya ingresado totalmente a la pila en forma secuencial, se empieza a recircular la solución en la pila por un cierto periodo de tiempo, que va a depender de la concentración de ácido libre y concentración de cobre que se encuentre en la solución. Saliente: comprobado que la solución lixiviante tiene cierta concentración de ácido y de cobre, además que el mineral de la pila se ha "agotado", se procede a sacar dicha solución de la pila, recibiendo el nombre de avance o saliente.
Ciclo de lixiviación •
Lavado –
–
Una vez que el mineral se ha "agotado", se retira la última saliente en las condiciones de concentración en que se encuentre y se procede a lavar el mineral que ha quedado impregnado de solución, la cual se trata de recuperar al máximo. El "agua" de lavado es del orden del 30 a 35% en peso del mineral cargado.
Ciclo de lixiviación •
Descarga –
Es la etapa en la cual se procede a desechar el mineral agotado (ripio), mediante el empleo de cargadores frontales y/o camiones, o rotopalas.
OBJETIVOS DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES El proceso de SX se incorpora como parte integral de un sistema de recuperación hidrometalúrgica, para cumplir por lo menos alguno de estos tres objetivos principales: 1- Separación y purificación de uno o más metales de interés de las impurezas que les acompañan, sea extrayendo el o los metales deseados desde las soluciones, que quedan con las impurezas, o bien extrayendo las impurezas dejando en las soluciones el o los metales deseados. 2- Concentración de los metales disueltos con el objetivo de disminuir los volúmenes a procesar y así reducir los costos para el proceso siguiente. 3- Transferencia de los metales disueltos, desde una solución acuosa compleja a otra solución acuosa diferente.
Definiciones de soluciones orgánicas y acuosas en SX Solución
Características
PLS
Solución acuosa rica en cobre, que contiene algunos contaminantes, sólidos en suspensión, etc; con una concentración de cobre alrededor de 2,5 a 6,0 gpL y un pH que varía entre 1,4 y 1.9, cuya densidad es aproximadamente 1,1 a 1,2 g/cm3 y viscosidad entre 2,20-2,25 cp.
Orgánico
Compuesto por un extractante y un diluyente por ejemplo ( LIX 984 NC Orfom SX-12 respectivamente), en una proporción alrededor del 13 a 18 % v/v, con una gravedad específica de 0,835 a 0,84 g/cm 3 y viscosidad entre 4,9-6,0 cp.
Refino
Solución acuosa pobre en cobre proveniente de la última etapa de extracción, con una concentración de cobre alrededor de 0,1 a 0,6 gpL de cobre más 4,5 a 7 gpL de ácido sulfúrico.
Electrólito rico
Solución acuosa rica en cobre con una concentración alredor de 50 a 55 gpL de cobre más 140 a 150 gpL de de ácido sulfúrico.
Electrólito pobre
Solución acuosa pobre en cobre con una concentración alredor de 38 a 42 gpL de cobre más 150 a 160 gpL de de ácido sulfúrico.
Agua de lavado
Solución acuosa con una concentración de cobre alrededor de 0,4 a 1,1 gpL de cobre más 4 a 8 gpL de ácido sulfúrico.
Etapas de Extracción y Reextracción El proceso de SX, en su esencia, consiste fundamentalmente de dos operaciones secuenciales: la de extracción, en que el orgánico captura el (o los) metal (es) desde la fase acuosa y la de descarga del orgánico, en que se realiza el proceso inverso y se regenera la capacidad extractiva del reactivo orgánico.
Fase Orgánica y Acuosa
Características del Reactivo Extractante Orgánico El componente activo de la fase orgánica que interactúa químicamente con el metal es denominado extractante, sin embargo, es más común que se le llame simplemente como reactivo, solvente u orgánico. Para que un reactivo pueda ser económicamente aceptable en Hidrometalurgia, debe contar con una combinación de las siguientes características ideales para un reactivo orgánico: 1.Extraer el o los metales deseados con una alta selectividad 2.Ser descargable a una solución desde donde se pueda recuperar el metal. 3.Fácil regeneración en sus características físico-químicas 4. Ser inmiscible con las soluciones 5. Ser químicamente estable frente ambientes ácidos o alcalinos. 6. No ser inflamable, tóxico, volátil, cancerígeno, contaminante.
Características del Reactivo Extractante Orgánico
7. Ser soluble en diluyentes orgánicos económicos 8. Poseer una capacidad de carga para lograr una transferencia neta eficaz del metal. 9. Cargar y descargar el metal lo bastante rápido 10. Separarse fácilmente de la fase acuosa, y que la separación se logre en tiempos breves. 11. No debe promover emulsiones estables. 12. No debe transferir especies nocivas desde la descarga a la extracción y viceversa. 13. Debe tener un costo económicamente aceptable. El comportamiento de los reactivos comerciales en relación a los requerimientos impuestos por el listado anterior no es nunca de cumplimiento completo, lo usual es una situación de compromiso. Los reactivos comercialmente exitosos cuentan con un equilibrio de las propiedades enumeradas
Reacción de Extracción El extractante de fase org ánica es un componente qu ímicamente activo que extrae el cobre (Cu+2) de la soluci ón rica de lixiviaci ón (PLS) por la reacci ón:
2RH
+
Cu+2 + SO4 –2
Extractante de fase orgánica descargada
Solución rica de lixiviación de la fase acuosa con bajo contenido de ácido
R2Cu
+
2H+ + SO4 –2
Extractante de fase Orgánica cargada
Fase acuosa
Reacción de Reextracción La reacción de reextracción es lo opuesto a la reacción de extracción :
2H+ + SO4 –2 electrolito agotado de Cu +2, con alto contenido de ácido (electrolito pobre).
+
R2Cu
2RH
extractante de fase orgánica cargada.
extractante de fase orgánica descargada.
+ Cu+2 + SO4 –2 electrolito enriquecido (electrolito rico).
Coeficiente de Distribución La extracción de una determinada sustancia se suele medir por la razón o coeficiente de distribución, D, que es la relación entre las concentraciones en condiciones de equilibrio, de esa sustancia en la fase orgánica versus la misma en la fase acuosa, para condiciones fijas de temperatura y presión. Cuanto mayor sea el valor de D, más eficiente será la transferencia.
D
concentración en la fase orgánica que se carga
concentración en la fase acuosa que se extrae
Para la operación de descarga, la relación anterior se invierte, quedando siempre la fase receptora en el numerador y la fase portadora de la transferencia en el denominador. De esta manera, dado que ahora la fase receptora es la fase acuosa, El coeficiente para la descarga será: D'
concentración en la fase acuosa receptora de la descarga
concentración en la fase orgánica que se descarga
Efecto del pH sobre el coeficiente de distribución, D Al existir un intercambio del catión metálico por dos protones (caso de valencia dos) la extracción está siendo directamente afectada por el pH, además, el pH irá variando a medida que se ejecuta la transferencia. Así, la variación del coeficiente de extracción, D, está determinada por la variación del contenido del reactivo en la fase orgánica y muy significativamente, por el pH de la fase acuosa. Si se gráfica la variación de dicho coeficiente de extracción con el pH, en un sistema dado, se obtiene una curva como la de la Figura. Donde se observa que, a medida que varía el pH, hay un aumento sostenido del coeficiente de extracción. Además, se produce un punto de inflexión de la curva al alcanzar el valor de D = 1,0, es decir un 50% del metal se encuentra en equilibrio en cada una de ellas. El pH correspondiente a ese valor se denomina pH 50. A pH mayores que el pH50 predominará el proceso de extracción, mientras que a pH menores se producirá la descarga desde la fase orgánica.
Capacidad de carga En concepto de capacidad de carga de un reactivo, se refiere no sólo al metal que es factible de ser cargado por el extractante en un tiempo razonable, sino más bien, a la transferencia neta que se logra al descontar el retorno que trae ese mismo extractante desde la descarga, en calidad de carga circulante. En la Figura se muestra un esquema que describe gráficamente la capacidad de carga operacional práctica, o transferencia efectiva de carga neta de un reactivo.
Características del Diluyente para SX En un circuito de SX la fase orgánica está conformada por uno, dos o tres componentes: el extractante, diluyente y modificador. En la mayoría de los casos los extractantes requieren ser diluidos antes de poder usarlos. Existen algunas excepciones, particularmente con los extractantes neutros o solvatantes, donde el extractante también puede funcionar como diluyente. El diluyente se usa, tanto, para reducir la viscosidad de la fase orgánica permitiendo que fluya fácilmente, además, para reducir la excesiva concentración del extractante orgánico activo y, de esta manera, poder adecuar la concentración de dicho extractante con el contenido de metal de la solución de lixiviación. El diluyente es, por lo general, el componente mayoritario de la fase orgánica Un diluyente debiera cumplir con la mayoría de las siguientes características: 1- Solubilizar al extractante y al complejo organometálico formado por la reacción del metal con el extractante. 2- Ser insoluble en la fase acuosa. 3- Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la separación de fases y reducir los arrastres de una fase en la otra. 4- Libre de componentes extraños, con el objeto de minimizar la formación de borras (crud). 5- Ser químicamente estable bajo todas las condiciones del circuito. 6- Tener un alto punto de inflamación (flashpoint) de 25ºC o más, por encima de la
Modificadores Cualquier producto orgánico que al ser añadido a la fase orgánica altera el comportamiento del reactivo de SX, puede ser considerado un modificador. La alteración del comportamiento puede ser de diversa naturaleza. Así, se tienen modificadores que intervienen desplazando los equilibrios de extracción y descarga. Otros actúan sobre la separación de fases, facilitando la coalescencia y disminuyendo los arrastres. En otros casos su acción está dirigida al control de la generación de crud y/o terceras fases, favoreciendo la solubilidad del complejo organometálico en la fase orgánica cargada. También existen modificadores que estabilizan la molécula del reactivo, permitiendo su utilización indefinida al reducir su degradación. En el proceso de SX para cobre, existen varios ejemplos del beneficio de los modificadores. Así se han añadido a la oxima, diversas sustancias que actúan como modificadores. Por ejemplo, se tiene el caso de modificadores que pueden ser: otra oxima, alcoholes de cadena larga, fenoles o ésteres.
Mezclador de orgánico con la fase acuosa
Continuidad de fase
Continuidad Acuosa
Continuidad Orgánica
Decantador
Picket fence tipo distribuidor de flujo
Barrera en decantador que favorece la coalescencia Coalescencia: Es cuando la mezcla comienza a deshacerse juntándose las gotas de la fase dispersa, las que al crecer, aumentan de tamaño y peso como para desplazarse hacia la interfase y unirse con el resto de la fase.
Arrastres Físicos Son microgotas dispersas de una fase que está atrapada en la otra, formando una emulsión estable. Se produce debido a una separación de fase incompleta. Los efectos más importantes que traen consigo son esencialmente: contaminaciones de electrolito, contaminaciones de los cátodos (en el caso del cobre) y pérdidas de orgánico.
Borras (Crud) La presencia de sólidos finos coloidales, presentes en las soluciones de lixiviación, generan una emulsión estabilizada denominada borra, la cual se ubica preferentemente en la interfase orgánico-acuoso. Esta emulsión estable debe ser retirada de los decantadores ya que produce problemas de separación de fases, incrementan los arrastres y si no se tiene un tratamiento adecuado, ésta borra representa una pérdida neta de reactivo
Crud tras aplicar centrifugación
orgánico Fase intermedia Acuoso precipitados
Microscopía de fase intermedia, tras centrifugar
Presencia de hongos en el Crud
NAVE EO
PILAS
AGUA
PLS
ER EP
H2SO4 OD
PISCINA REFINO
REFINO
E1
S1
OC
T K
L
REFINO
PILAS PISCINA REFINO
EP
PLS
NAVE EW
AGUA ER
Refino OSD
Osc
E1
E2 SemR
OC
T K OC
S1
S2 OD
ESemR
L OCL