Laboratorio de Procesos Metalúrgicos
Profesor Pedro Muñoz Castillo
1. Introducción
La lixiviación es el proceso final para extracción de mena desde minerales oxidados. La lixiviación consta de varias etapas; una es la aplicación de una solución lixiviante para llevar a cabo el proceso, es decir, que en una solución de ácido sulfúrico y agua disuelva el mineral de interés (con valor económico presente) con el objetivo de extraerlo y llevarlo a un proceso posterior de comercialización. En este proceso se debe destacar el concepto de selectividad, en otras palabras que la solución aplicada actúa sobre el mineral de interés y no sobre los demás que no lo son. El material a trabajar previamente paso por proceso de chancado obteniendo un 100% de material bajo el ¼” , dado los requerimientos de la percolación se dispone de forma vertica l en unidades percolantes llamadas “bateas” o “pilas”, “pilas”, las cuales corresponden a depósitos en forma de paralelepípedo, sin embargo, para efectos prácticos de laboratorio, se ha utilizado un cilindro. En esta pila el líquido lixiviante atraviesa el mineral chancado, percolando a través de la mena y extrayendo las especies de valor, ya sea por simple disolución o reacciones químicas como por puente de transferencia. Se aplica principalmente a minerales de cobre, uranio, oro y plata, ya que estos minerales presentan buenas características de permeabilidad. Es importante hacer notar que el proceso puede durar desde 2 a 14 días, con recuperación de hasta el 90%. A continuación continuación se presentará en detalle la experiencia experiencia realizada en el laboratorio laboratorio de Procesos Metalúrgicos, ubicado en las dependencias de la Universidad de Santiago de Chile, sector Ex Enami.
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2. Objetivos
2.1. General:
Determinar las recuperaciones de cobre y los consumos de ácido mediante el proceso de lixiviación por percolación en períodos de 24, 48 y 72 horas.
2.2. Específicos:
Comprender las ventajas y desventajas de la utilización del proceso de lixiviación por percolación para la obtención del cobre.
Aplicar de manera práctica la secuencia del proceso de obtención de cobre por este método señalada en la guía de laboratorio.
Determinar la cantidad de ácido a utilizar y el valor de su densidad.
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3. Alcances.
La lixiviación por percolación se realiza en bateas o pilas de lixiviación, sin embargo para efectos de esta experiencia, esta se realizara en un cilindro de circulación (probeta).
La circulación de la solución acida lixiviante se realiza mediante un bombeo, el cual mantendrá en constante circulación el flujo de manera de pistón descendente.
La muestra analizada, es de granulometría 100% bajo ¼ “.
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4. Marco Teórico. La lixiviación es un proceso destinado a la disolución selectiva de los metales presentes en las especies mineralógicas, mediante una solución acuosa. Existen diversos tipos de lixiviación, diferenciados principalmente por el balance económico intrínseco del proceso. Podemos nombrar, la lixiviación In-situ, lixiviación en botaderos, en pilas, por agitación, bacteriana y en bateas inundadas o por percolación, la cual a continuación se analizaran sus variables y conceptos fundamentales.
Algunas características de la lixiviación por percolación son las siguientes:
Leyes de los minerales Tonelaje tratado Ton / día Inversiones de capital Granulometría Recuperaciones típicas Tiempos de tratamiento Calidad de soluciones
Leyes medias a altas Esta limitado por instalaciones Media a alta Chancado medio a fino 70 a 85 % De 1 a 2 semanas Medias a concentradas ( 10 a 20 (g/l)) Bloqueo por finos / arcillas
Problemas principales
Manejo de materiales Necesidad de control permanente y
Lixiviación por Percolación.
Consiste en una estructura con forma de paralelepípedo, de hormigón, protegido en su interior con asfalto antiácido o resina epóxica, provisto de un fondo falso de madera y un dispositivo filtrante, que se llena hasta arriba con mineral de granulometría bajo ¾” a ½” y que se inunda con las soluciones de lixiviación. Aprovechando el fondo filtrante, las soluciones recirculan en sentido ascendente (pistón ascendente) o descendente (pistón descendente).
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Dado que las bateas son un sistema muy dinámico, son apropiadas solo para minerales que presentan una cinemática de disolución muy rápida, (6 a 12 días.)
Para alcanzar una recuperación razonable se deben efectuar varias etapas del proceso, en cada etapa se introduce la solución en el estanque cargado de mineral, y circulan estas soluciones durante horas y luego se extrae el líquido con la parte de la especie de valor solubilizada.
La recuperación del Cobre está dada por:
ó = ∗ ó () ó∗100 % ó = ∗ ECUACIÓN N°1. ECUACIONES REFERIDAS A LA RECUPERACIÓN DEL COBRE El ácido consumido está dado por:
Á ∶ á ∗ () á (): Á ∗ ó () á: á − ECUACIÓN N°2. ECUACIONES REFERIDAS AL CONSUMO DE ÁCIDO .
Con estas herramientas se puede llevar un control del proceso respecto a las metas económicas fijadas. El ciclo de Lixiviación más utilizado, es el basado en el patrón de flujo contra corriente y funciona de la siguiente manera: Suponiendo que se tiene una batería con 6 estanques, o más, cargados con mineral sin procesamiento.
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5. Desarrollo experimental. La Experiencia se divide en dos partes, la primera y de forma práctica es llevada a cabo por los alumnos los cuales preparan la pila de lixiviación en la probeta. Y la segunda es el trabajo con los datos obtenidos por el Profesional a cargo de realizar los análisis químicos.
Se cuenta con 2.570[gr] de material cuya granulometría es 100% menor a ¼””.
Se determina la cantidad de agua a utilizar en el proceso, siendo necesario 2570cc, dado a la relación 1:1 entre agua y material.
Se calcula la cantidad de ácido sulfúrico a utilizar en el curado, el cual está en función de la cantidad de material a procesar, siendo necesarios 111 cc.
Se determina el consumo de ácido teórico, el cual es 4 veces el Cu soluble (2%material).
Luego se lleva a cabo la lixiviación por percolación propiamente tal para tres períodos de tiempos (24, 48 y 72 horas). En cada uno de dichos tiempos se extrae una muestra, la cual es analizada por el encargado de laboratorio, obteniendo leyes de cobre presentes y a su vez las cantidades de ácido que las muestras contienen.
A partir de lo anterior se determinan las recuperaciones obtenidas y los consumos de ácido para las muestras y se procede a la elaboraci ón de gráficos representativos para las recuperaciones y para el consumo de ácido.
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6. Análisis de resultados. En base a los resultados obtenidos del procesamiento de los datos, es posible decir que: Se puede observar que el porcentaje de recuperación de cobre a las 72 horas de iniciada el proceso de percolación alcanzo un valor de casi un 90%, lo cual está dentro del rango explicado en el marco teórico, e indicándonos que el proceso fue realizado satisfactoriamente. La granulometría de la muestra no ha sido muy fina, debido a que se traduciría en la impermeabilización de ésta, respetando los estándares indicados (chancado medio a fino). En base al gráfico porcentaje de recuperación de cobre versus tiempo (Grafico N°1, Anexos), es posible observar una relación directa entre la recuperación del cobre contenido en la muestra y el tiempo transcurrido del proceso de lixiviación por percolación, lo que no quiere decir que si se prolonga un mayor tiempo se mantenga a ese régimen de recuperación, ya que a mayor tiempo menor es el cobre soluble que aún no ha reaccionado con la solución; de manera análoga, para el gráfico consumo de ácido versus tiempo se apreció la tendencia principal esperada para el procedimiento. Es decir, se ha observado la disminución de la cantidad de ácido libre al avanzar el tiempo de la experiencia y el aumento de la cantidad consumida de ácido, lo que reflejaría la cinética que este procedimiento posee (baja o lenta)y que, se obtendrían resultados más satisfactorios si los tiempos de evaluación de la experiencia hubiesen sido mayores. Lo que también nos llevaría analizar si un mayor tiempo empleado se justifica con las rentas obtenidas en ese tiempo extra. Por otra parte del gráfico de consumo de ácido versus el tiempo transcurrido (Grafico N°2, Anexos), se puede evidenciar una relación en directa proporcionalidad del tiempo en función del consumo de ácido, donde al aumentar el tiempo de lixiviación el consumo de ácido se hace cada vez mayor. Esto ocurre por el hecho de que el ácido no actúa de manera directa sobre el mineral, si no que esta medida que recircula va impregnando la superficie y liberando la especie mineralógica de manera paulatina. Cabe destacar que este consumo llegara a un momento en que se torne prácticamente constante, estando de manera independiente del tiempo, ya que la solución acida actuara en el mineral por percolación liberando a través de el constante regadío la especie mineral, lo que provoca que cuando ya se ha alcanzado la liberación en la superficie de la mena, el ácido deje de actuar provocando con esto que el consumo de ácido por parte de la mena lixiviada se torne
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constante, es decir no presentando un aumento con respecto al consumo anterior. Es importante además hacer notar que bajo ciertas condiciones mineralógicas y químicas la mena, podría existir una saturación en la superficie mineral, lo que tendría los mismos efectos anteriormente estipulados.
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7. Conclusiones y recomendaciones La lixiviación en pilas es un proceso industrial ampliamente difundido para el tratamiento de óxidos y sulfuros secundarios de metales base, y con una fundamental importancia nacional para la obtención del cobre. La granulometría utilizada en el proceso es un aspecto que se debe tener en cuenta, ya que la presencia de finos podría consumir una cantidad menor de ácido, sin embargo no es recomendable la aplicación de ellos, debido a que se pueden originar pérdidas por deslizamiento del mineral en las corrientes de la solución lixiviante, además la presencia de finos puede provocar un efecto impermeabilizador de la pila, lo que dificult aría la percolación y por consiguiente la recuperación del mineral de interés de la mena. A medida que se aumenten los tiempos de ensayo, es esperado que se alcancen resultados con una mayor confiabilidad en cuanto a la obtención de cobre, debido a la cinética que posee este método de lixiviación. Esto se puede ejemplificar con respecto al consumo de ácido que se presenta por percolación es semejante al conseguido por otros métodos , como el de agitación. Sin embargo, la lixiviación por percolación requiere de un tiempo muy extenso para obtener los resultados exigidos. Se comprobó que a mayores tiempos de circulación la recuperación obtenida, iba aumentando de manera significativa, lo que nos llevó a concluir que para el proceso extractivo del cobre la recirculación de los fluidos de lixiviación resulta un parámetro fundamental, ya que estos no alcanzan su mayor efectividad al primer contacto con la mena, si no que de manera paulatina van adquiriendo un contacto con la superficie mineral , o en términos teóricos , mediante sucesivos contactos vencen la energía libre de Gibbs que es la encargada de la unión de estos, lo que provoca la liberac ión de la especie y su circulación en el fluido acido, ocurriendo esto en cada recirculación, lo que aumenta la concentración del mineral en la solución acida , y por consiguiente aumenta la recuperación mineral. El proceso de lixiviación por percolación genera una disminución en los costos de operación, pero generando un aumento en el tiempo de oper ación en la obtención del metal de valor económico, que para el caso de la experiencia realizada es el cobre contenido en solución.
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8. Bibliografía.
Apuntes de cátedra Hidrometalurgia, clase profesor Pedro Muñoz.
Guía de laboratorio “Lixiviación por percolación”.
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Anexos
Memoria de cálculo
Cabe destacar que este apartado se realizara en base a las ecuaciones N°1 y N°2, expuestas en el apartado de fundamentos teóricos del presente informe, además en el desarrollo de este se hará alusión a M1, M2 Y M3 que corresponden a las muestras obtenidas en las horas 24.48 y 72 respectivamente.
Cantidad de ácido (mL):
ó á á = % ∗ () ∗ ó ) á ( á = 2,0%∗2570()∗4 ) = 111 mL 1,85(
Cobre en solución (g):
() = ó () ∗ ó () Sabiendo las leyes de cobre, obtenidas del análisis químico se obtiene que: Cu (g): m1
810.4(/) ∗ 2.681() = 27.88 ()
m2
13.6(/) ∗ 2.681() = 36.46 ()
m3
17.2 (/) ∗ 2.681() = 46.11()
Porcentaje de recuperación de cobre:
ó () ∗100 ó (%) = ()
Recuperación: m1
(27.88()∗ 100) / 51.4() = 54.2 %
m2
(36.46() ∗ 100) / 51.4 () = 70.9 %
m3
(46.11() ∗ 100) / 51.4 () = 89.7 %
Consumo de ácido (g):
4 ∗ = 4∗51.4 =111() = 205.6() á = á 1.85 Además se conoce el volumen de la solución y el ácido libre, con lo que se obtiene:
ó () = 2.681 M1 ácido libre = 49.8 (g/L)
á = 205.6 () − (49.8 (/) ∗ 2.681 ()) = 72.09 () M2 ácido libre = 42.3 (g/L)
á = 205.6 () − (42.3 (/) ∗ 2.681 ()) = 92.19() M3 ácido libre = 38.3 (g/L)
á = 205.6 () − (38.3(/) ∗ 2.681 ()) = 102.92 ()
Tablas.
Se presentan a continuación los datos otorgados al inicio de la experiencia y los valores de los parámetros requeridos para cumplir los objetivos propuestos.
Datos iniciales Ley Cobre total Ley Cobre soluble Ley Fe total
2,2% 2,0% 0,2%
Datos Laboratorio obtenidos Alimentación (g) Relación Agua/Mineral Masa (kg) Acido(g) Cu soluble (g) Volumen ácido (mL) Cantidad de agua (mL) Volumen solución (mL)
2570 1/1 2.57 205.6 51.4 111 2570 2681
En base a la información otorgada por el análisis realizado por el Profesional a cargo se ha recibido los siguientes valores para la ley de cobre y cantidad de ácido presente en cada muestra:
Muestra m1 m2 m3
Tiempo lix (h)
Ley Cu (gr/l)
cido libre(gr/l)
24
10.4
49.8
48
13.6
42.3
72
17.2
38.3
De esta manera se ha podido determinar el objetivo principal de la experiencia, es decir, el porcentaje de recuperación del cobre en solución por el proceso de lixiviación por percolación y el consumo de ácido respectivo :
Muestra
Tiempo lix (h)
Ley Cu (gr/l)
Vol. solución (mL)
Cu en solución (g)
Cu en recuperación (%)
m1 m2 m3
24 48 72
10.4 13.6 17.2
2681 2681 2681
27.88 36.46 46.11
54% 71% 90%
Muestra
Ácido libre (g/l)
Vol. solución (l)
Ácido en solución (g)
Consumo ácido (g)
m1 m2 m3
49.8 42.3
2.681 2.681
133.51 113.41
72.09 92.19
38.3
2.681
102.68
102.92
Gráficos
Recuperacion Cu v/s Tiempo 100,0 90,0 80,0 ) % ( 70,0 u C 60,0 n o i c a r e p u c e R
89,7 70,9 54,2
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo transcurrido(horas)
GRAFICO N°1. RECUPERACIÓN DEL COBRE EN SOLUCIÓN , EN FUNCIÓN DEL TIEMPO DE LIXIVIACIÓN TRANSCURRIDO
Consumo de Acido v/s Tiempo 120,0
102,9 92,2
100,0
) r g ( o d i c A e d o m u s n o C
72,1
80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo Transcurrido(Horas)
GRAFICO N°2. CONSUMO DE ÁCIDO, EN FUNCIÓN DEL TIEMPO DE LIXIVIACIÓN TRANSCURRIDO
