Proceso Hidrometalúrgico de Obtención de Cobre a partir de Mineral oxidado, aplicado en Chile
Sebastian Aviles Palacios Jorge Hawas e !a"co"rt !a#ael C"ello $arcia %anda &era Ag"irre onald 'apia (imachi )ngenier*a +n Minas Sección -...
/0 de 1"lio de /234 Prologo
Chile act"almente es "n importante #oco de inversiones millonarias, 5"e pretenden imp"lsar aún m6s la miner*a, no solo para la explotación del cobre sino 5"e tambi7n para los dem6s metales 8 no metales 5"e se enc"entran en todo s" territorio9 +s verdaderamente sorprendente como chile ha avan:ado a lo largo de los a;os en el 6mbito minero, implementando n"evas 8 me1ores t7cnicas 5"e 5"e van van imp" imp"ls lsan ando do las las gana gananc ncia iass hast hasta a nive nivele less mill millon onar ario ios, s, sin sin menospreciar menospreciar el hecho de 5"e somos potencia potencia minera m"ndial m"ndial 8 5"e la ma8o ma8or* r*a a de los los desa desarrroll rollos os tecno ecnoló lógi gico coss en el 6mbi 6mbito to mine minerro son son "tili:ados en el pa*s9 entro de los diversos procesos 5"e est6n siendo "sados en la miner*a para lograr lograr prod"cir prod"cir de manera manera óptima 8 económica económica,, se enc"entra enc"entra la +lectro
o base de s" #"ncionamiento siempre ser6 el mismo9
Agradecimientos
+scribir "na investigación no siempre es traba1o de "na sola persona, por ende deseamos expresar el m6s sincero agradecimiento a 5"ienes lo hicieron posible, aportando no solo con ideas o in#ormación sino 5"e tambi7n con el apo8o emocional 5"e es tambi7n necesario para llevar a cabo c"al5"ier cosa9 A la biblioteca del instit"to pro#esional )ACAP, por tener la amabilidad de #acilitar el libro de miner*a 8 metal"rgia 5"e a8"do a constr"ir este traba1o9 A (a pro#esora (": +liana Soto, por a8"dar en la ard"a tarea 5"e signi=có escribir este traba1o9 A todos los pro#esores 8 pro#esoras de )ACAP, por entregarnos el conocimiento 8 sapiencia para con#eccionar esta investigación9 A 5"ien est7 interesado?a@ en leer esta obra, 5"e #"e escrita con la ma8or dedicación p"esta por el gr"po9
ndice INTRODUCCIÓN
1
Cómo se extrae el cobre en chile
/
Proceso para mineral de cobre s"l#"rado
/
Proceso para mineral de cobre oxidado
.
OBJETIVOS
4
FUNDAMENTO TEÓRICO
4
Proceso de electro
0
Celdas electrol*ticas de electro
0
'ipos de celdas electrol*ticas
0
4 4 4
Materiales de los 6nodos
4
Materiales de los c6todos
4
(a electrolisis
4
Caracteristicas de las sol"ciones electroliticas
B
+xportaciones de c6todos de cobre por la región de atacama
Minerales con alto contenido de Cobre
D
DISCUSIONES
12
CONCLUSIONES
13
BIBLIOGRAFÍA
14
MATERIAL ANEXO
15
iagrama obtención de cobre de minerales oxidados
34
Carta $antt del traba1o
3B
)ntrod"cción Chile se ha caracteri:ado por ser "n pa*s con "na alta actividad minera desde 3DD2, en ese entonces era potencia en prod"cción de nitratos, hasta 5"e en 3E32 es #abricado el salitre sint7tico en Alemania provocando "na importante crisis económica en el pa*s9 Si bien parec*a el =n de la miner*a en chile, 8a desde 3E2/ c"ando el ingeniero norteamericano %illiam Fraden reconoce el mineral el teniente, se comien:a a #abricar los cimientos de la act"al miner*a 5"e ho8 es tan importante para el pa*s9 +n 3E20 S"rge la empresa Fraden Copper Compan8 para explotar el mineral +l 'eniente, haciendo o=cial en el a;o 3E24 como la primera empresa en chile en explotar el cobre9 (as enormes "tilidades 8 pocos imp"estos 5"e pagaban las principales empresas norteamericanas en chile ?Fraden Copper Compan8, Chile +xploration Compan8 8 Andes Copper Mining Compan8@, 8 eso s"mado la crisis salitrera en el pa*s, provocó "n descontento en la población 5"e se trad"1o en #ormaciones de movimientos en recha:o hacia las empresas, lo c"al =nalmente provoco la nacionali:ación del cobre en 3E39 'odo lo s"cedido llevo a "na enorme cantidad de an6lisis en el s"elo chileno, arro1ando 5"e no solamente el pa*s es reserva de cobre, sino 5"e tambi7n de =erro, molibdeno, oro, plata, etc9 Signi=cando importantes #"t"ros ingresos al pa*s de chile9 Act"almente chile es potencia m"ndial en prod"cción de cobre con ..,/G de la explotación m"ndial, 8 s" principal comprador es china, con "n .E,2G de demanda m"ndial en cobre re=nado9 +s por eso 5"e en el a;o /233 los aportes de CO+(CO, +AM) 8 la gran miner*a totali:aron, en ingresos =scales, m6s de 33922 millones de dólares solo en las empresas del norte de chile9 +l cobre es "n elemento met6lico, 5"e se enc"entra en la nat"rale:a tanto en estado nativo como presente en minerales, es identi=cado en 5"*mica con el s*mbolo C" con número atómico /E 8 peso atómico B.,40 g>mol9 +s de m"cha importancia no tan solo por ser principal #"ente económica para chile sino 5"e tambi7n por s"s propiedades comoI alta cond"ctividad el7ctrica 8 t7rmica, resistencia a la corrosión 8 d"rabilidad, 5"e permiten s" "tili:ación en "na enorme cantidad de ob1etos de "so diario9 +n materia prod"ctiva, la aparición de n"evas tecnolog*as permite lograr "na prod"cción cada ve: m6s s"stentable 8 e=ciente9 Con estas n"evas tecnolog*as es posible acceder a depósitos minerales 5"e antes no pod*an ser explotados por diversas di=c"ltades 5"e ho8 son s"peradas 3
por los distintos m7todos 8 herramientas 5"e existen en el m"ndo de la miner*a9 desde el p"nto de vista de la demanda de cobre, m6s all6 del a"mento de cons"mo de cobre 5"e implica el progreso 8 el crecimiento de las sociedades, este elemento met6lico tiene importantes aplicaciones en n"evas tecnolog*as 5"e oc"par6n "n espacio importante en n"estras vidas #"t"ras9 Adicionalmente, el reconocimiento de la propiedad bactericida del cobre en /22D por parte de la Agencia de Protección Medioambiental ?+PA@ de +stados Knidos, abre interesantes mercados para el cobre, tales como la sal"d pública, la ind"stria alimentaria, la ac"ic"lt"ra, entre otros9 ¿Cómo ! !"#$%! !& 'o($! !) '*+&!, Ante este c"estionamiento se debe explicar 5"e en chile existen "na gran cantidad de minerales 5"e son "tili:ados para la extracción del cobre en s" estr"ct"ra, lo c"al signi=ca 5"e cada mineral según s"s caracter*sticas #*sicas 8>o 5"*micas debe ser tratado de manera di#erente, es por eso 5"e se hace "na di#erencia entre minerales oxidados 8 s"l#"rados, Pero en general a todos los minerales se les aplica los sig"ientes procesosL
3@ +xploración geológicaL este es "no de los procesos m6s importantes a la hora de explotar el cobre, 8a 5"e es a5"* donde se identi=can 8acimientos 8 la #orma 5"e poseen, adem6s de determinar la 3le8 de mineral 8 la #orma de extraerlo9 /@ +xtracciónL las rocas minerali:adas extra*das de la mina ?ra1o abierto o s"bterr6nea@ con "n tama;o ideal, son transportadas a la planta de procesamientos9 .@ ChancadoL se procede a trit"rar la roca obtenida de la mina con "n tama;o m6ximo de 3,4 a 3, p"lgadas9 Hasta a5"* el proceso es similar para todos los minerales9 (as etapas 5"e sig"en est6n determinados según la clasi=cación del mineral de cobre9 -$o'!o .%$% m+)!$%& /! 'o($! 0&0$%/o MoliendaL Mediante el traba1o de molinos, se continúa red"ciendo el tama;o de las part*c"las de mineral hasta obtener "n tama;o m6ximo de 3D2 micrones ?2,3D mm@, con el 5"e se #orma "na p"lpa con ag"a 8 reactivos espec*=cos 5"e se lleva a la Notación9
3 (e8 de mineralL se re=ere a la concentración de cobre, oro, plata, esta;o, etc9 Presente en las rocas 8 en el material minerali:ado de "n 8acimiento9 /
lotaciónL +n las celdas de Notación, se genera esp"ma c"8as b"rb"1as arrastran el cobre 8 otros minerales s"l#"rados contenidos en la p"lpa9 ("ego de varios ciclos, se recolecta 8 seca esta esp"ma para obtener el concentrado de cobre 5"e continúa s" p"ri=cación9 "ndiciónL se separar el cobre de otros minerales e imp"re:as9 +l concentrado de cobre seco se trata a grandes temperat"ras en hornos especiales ("ego de varios procesos se obtiene cobre re=nado a #"ego ?!A@ 5"e es moldeado en placas de "n peso aproximado de //4 g llamadas 6nodos9 +lectro
+lectro
/ +n:"ncharL Colocar :"nchos a "na cosa para re#or:arla, s"1etarla o ce;irla9 .
O(!#+o < )denti=car caracter*sticas de la celda para +%9
F6sicamente este proceso consiste en rec"perar el metal desde "na sol"ción de lixiviación ?sol"ción electrolito@ para ser depositada en "n c6todo, "tili:ando "n proceso de electrolisis9 Para esto se hace circ"lar, atreves de la sol"ción electrol*tica, "na corriente contin"a de ba1a intensidad entre "n 6nodo ?la sol"ción misma@ 8 "n c6todo9 e esta manera los iones del metal de inter7s ?cationes@ son atra*dos por el c6todo ?polo de carga negativa@ deposit6ndose en 7l, 5"edando las imp"re:as dis"eltas en el electrolito o precipitadas en resid"os o barros anódicos9 C!&/% !&!'#$o&6#+'% /! !&!'#$oo(#!)'+ó) Para llevar a cabo el proceso de electro
T+.o /! '!&/% !&!'#$o&6#+'% +n la ind"stria existe "na diversa variedad de celdas para electro< obtención, s" #abricación 8 selección dependen de #actores comoL
3@ 'ipo de electrolito?si es ac"oso o de sales #"ndidas@ /@ 'ipo de c6todo?si es l*5"ido, solido, si es compacto, espon1oso o partic"lado@ .@ 'ipo de proceso?si es electro
("ego de la depositación d"rante /0 horas aproximadamente, el metal 5"e se ha adherido se desprende de la placa madre9 (as l6minas se estiran 8 planchan, 8 se les agrega como soporte dos tro:os previamente cortados de la misma lamina, 5"e reciben el nombre de ore1as9 Para contin"ar la depositación en las llamadas celdas comerciales, se c"elgan mediante "na barra de cobre por "n tiempo aproximado de 4 a d*as9 L% !&!'#$o&++ (as mol7c"las de ciertos comp"estos 5"*micos, c"anto est6n en "na disol"ción ac"osa, presentan la capacidad de separarse en s"s estr"ct"ras molec"lares m6s simples 8>o en s"s 6tomos constit"8entes9 +stos comp"estos 5"*micos, 5"e evidencia la propiedad de disociación o ioni:ación en disol"ciones, se denominan electrolitos, 8 la reacción 5"*mica de disociación se denomina electrolisis, la c"al es la base para concentrar 8 p"ri=car el cobre del mineral de donde se extra1o ?m7todo electro obtención@9
Se aplica "na corriente el7ctrica contin"a mediante "n par de electrodos conectados a "na #"ente de alimentación el7ctrica 8 s"mergida en la disol"ción9 +l electrodo conectado al polo positivo se conoce como 6nodo, 8 el conectado al negativo como c6todo9 Cada electrodo atrae a los iones de carga op"esta9 As*, los iones negativos, o aniones, son atra*dos 8 se despla:an hacia el 6nodo ?electrodo positivo@, mientras 5"e los iones positivos, o cationes, son atra*dos 8 se despla:an hacia el c6todo ?electrodo negativo@9 +n de=nitiva lo 5"e oc"rre es "na reacción de 4oxidación
electrolitos a"menta el número de especies 5"*micas en el sistema alterando las propiedades coligativas, 8a 5"e, al haber m6s part*c"las disociadas, entorpece la cin7tica molec"lar9 +sto signi=ca 5"eL < P"nto de #"sión dismin"8e9 QP"nto de eb"llición a"menta9 QPresión de vapor dismin"8e9 QPresión osmótica a"menta9 (as propiedades #*sicas 8 5"*micas de los electrolitos son di#erentes a las 5"e presentan s"s iones disociados9 e ah* 5"e el sistema de electrólisis m"estre caracter*sticas n"evas con respecto a s" previa ioni:ación9 <(a disociación de los electrolitos es reversible, estableci7ndose "n e5"ilibrio 5"*mico9 (a disociación a"mentar6 8 se despla:ar6 el e5"ilibrio a medida 5"e a"mentemos la dil"ción de la disol"ción9
(a importancia 5"e toma el c6todo de cobre no tan solo a nivel regional, sino 5"e tambi7n a nivel nacional, se ve reNe1ado en los datos 5"e se obtienen en c"anto a s" venta por el m"ndo9
?tmf: Tonelada Métrica Fino) B a5"ellas propiedades de "na disol"ción 5"e dependen únicamente de la concentración9 presión 5"e se debe aplicar a "na sol"ción para detener el N"1o neto de disolvente a trav7s de "na membrana semipermeable
(a comerciali:ación del cobre en c6todo permite tener cobre casi totalmente p"ro, para poder ser "tili:ado por e1emplo, dado s" excelente cond"ctividad el7ctrica es el material predominante por el casi 42G del cons"mo m"ndial para este propósito, adem6s de ser "tili:ado en aleaciones, 8 tambi7n en la ind"stria de a"tomóviles, naval 8 en e5"ipos de medida, 8 ha incrementado s" "so en la ind"stria de la constr"cción, entre otras aplicaciones9
M+)!$%&! 'o) %&#o 'o)#!)+/o /! Co($! L% '%&'%)#+#%9 '*%&'%)#+#%9 '%&'&%% o '*%&'&%%9 es "n mineral del gr"po &) ?s"l#atos@ según la clasi=cación de Str"n:, descrita por primera ve: por %ol#gang ran: von obell9 +s "na piedra semipreciosa de color a:"l 5"e se sitúa entre la ag"amarina 8 el :a=ro9 +s el res"ltado de la cristali:ación del s"l#ato de cobre9
Al ser Dhidrosol"ble, sólo se enc"entra en l"gares m"8 secos9 Se presenta #ormando Eestalactitas de hasta "n metro de longit"d9 +s explotado en el 8acimiento de Ch"5"icamata ?chile@ orm"laL C0 :SO4; <5=2O "re:aL /,4 Peso espec*=coL /,3 < /,. ColorL a:"l Color de la ra8aL blanca FrilloL v*treo, transl"cido CristalesL laminar D Hidrosol"bleL T"e se dis"elve #6cilmente en el ag"a E +stalactitaL se #orma como res"ltado de los depósitos minerales contin"os transportados por el ag"a 5"e se =ltra D
ract"ramientoL irreg"lar Sistema cristalinoL tricl*nico OrigenL hidrotermal, vetas
C%&'o.+$+#% C0F!S2 ColorL Amarillo
C%&'o+)% C02S ColorL $ris osc"roI p6tinaL negro mate con reNe1os a:"les !a8aL $ris osc"ro a negra gris6cea ("streL Met6lico 'ransparenciaL Opaco Sistema cristalinoL Cúbico ?Ortorrómbico@ +x#oliaciónL )mper#ecta ract"raL Concoidea o desig"al "re:aL /,4<. ?Mohs@ 'enacidadL r6gil
C$+o'o&% :C09A&;4=4 :O=;> S+4O1? <)=2O ColorL &erde a a:"l, a veces pardo E
!a8aL Flanca ("streL &*treo a desl"cido 'ransparenciaL 'ranslúcido a opaco Sistema cristalinoL Ortorrómbico H6bito cristalinoL Masivo, nod"lar o botroidal +x#oliaciónL ing"na ract"raL Concoidea "re:a L /,4 a .,4 ?escala de Mohs@ 'enacidadL r6gil
M%&%@0+#% :C02CO3:O=;2; Propiedades #*sicas ColorL &erde !a8aL &erde claro ("stre úctilI v*treo en grandes cantidades 'ransparenciaL Opaca a translúcida Sistema cristalinoL Monocl*nico +x#oliaciónL Per#ecta ract"raL Concoidal "re:aL .,4 Q 0
Bo$)+#% C05 F! S4 ColorL !o1o de cobre, marrón de bronce, púrp"ra !a8aL egro gris6ceo ("streL Met6lico 'ransparenciaL Opaco Sistema cristalinoL 'etragonal H6bito cristalinoL $ran"lar o masivo +x#oliaciónL no ract"raL Concoidal "re:aL . a .,/4 ?escala de Mohs@ 32
T!#$%!/$+#% :C09F!;12S(4S13 ColorL gris m"8 osc"ro metali:ado !a8aL egra ("streL Met6lico 'ransparenciaL Opaco Sistema cristalinoL Cúbico H6bito cristalinoL masivo o cristales bien #ormados +x#oliaciónL no ract"raL s"per=cie con #ract"ra desig"al "re:aL .,4 a 0 ?escala de Mohs@
33
isc"siones A medida 5"e empie:a a tomar #orma el experimento, es necesario tomar en c"enta los diversos #actores 8 procedimientos 5"e p"eden ser determinantes d"rante el proceso, 8 5"e signi=car*a la alteración del mismo9 Ante esto s"rgen diversas interrogantes 5"e son necesarias disc"tir para la correcta reali:ación del experimento9
3/
Concl"siones +n c"anto a las disc"siones planteadas en este traba1o, se concl"8e 5"eL +l ampera1e de la #"ente de poder p"ede ser m6s alta, 8a 5"e solo var*a el tiempo en 5"e el cobre se adhiere al c6todo9 +n lo experimental no es necesario s"mergir la totalidad del c6todo en la sol"ción para 5"e el cobre se adhiera, pero se observa 5"e el cobre solo c"bre la parte s"mergida lo 5"e signi=ca, en el plano ind"strial 8 comercial, "na p7rdida de material9 (a concentración de cobre en la sol"ción determinar6, según el c6lc"lo de la le8 de cobre, la cantidad de gramos por litros de cobre en la sol"ción, es por eso 5"e s* es importante la concentración presente en ella 8a 5"e determinara la cantidad de c6todos de cobre por celda 5"e se p"eden cosechar9 +l orden de los c6todos 8 6nodos en la celda siempre es importante, de modo 5"e s" orden determina el 6rea del c6todo 5"e el cobre va a c"brir, de esta #orma siempre deben estar ordenado de la sig"iente maneraI Wnodo, C6todo, Wnodo, s"cesivamente9 T"eda demostrado, en lo experimental, 5"e "sar "na #"ente de poder con ma8or volta1e dismin"ir6 el tiempo en 5"e el cobre se "na al c6todo, lo 5"e signi=ca 5"e existe "na relación inversamente proporcional, lo 5"e 5"iere decir 5"e a ma8or volta1e se obtienen c6todos de cobre en menor tiempo9
3.
Fibliogra#*a Portal Minero S9A, Primera edición, Man"al $eneral e Miner*a metal"rgia, Chile /22B httpsL>>www9codelco9com>preg"ntas<#rec"entes>pront"sXcodelco>/233< 2/3D.B209html httpsL>>www9codelco9com>Nipboo>innovacion>codelcodigitalB>PXP!+S+ AC)O+S>HernandeSolminihac9pd# httpL>>www9memoriachilena9cl>B2/>w.>www9codelcoed"ca9cl>biblioteca>nat"rales>3Xnat"ralesXFB DFXM39pd# httpsL>>www9codelcoed"ca9cl>glosario>glosarioXl9asp httpL>>www9sernageomin9cl>pd#>mineria>estadisticas>estadisticaXdeXprod" ccionXminera>3Xprod"ccionXmineraXcobreX/23.9pd#
30
M%#!$+%& A)!"o D+%8$%m% o(#!)'+ó) /! 'o($! /! m+)!$%&! o"+/%/o
34
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3B
