Pontificia Universidad Católica del Perú
Laboratorio de Metalurgia Extractiva Experiment o No. 4
LIXIVIACION POR AGITACION I.
Objetivo Conocer el proceso hidrometalúrgico de lixiviación neutra y acida mediante agitación aplicada a los productos del proceso de tostación de un mineral de sulfuros. Se evalúa con ello la incidencia del suministro de aire y la adición de sulfato de sodio en el proceso.
II.
Introducción Una vez culminado el proceso pirometalúrgico de tostación del mineral de sulfuros en la práctica anterior, tenemos ahora un producto de este proceso, calcina, cuyos constituyentes iniciales de sulfuros, se habrán transformado a formas oxigenadas o sulfatadas. Los sulfatos de cobre y hierro son bastante solubles en agua, lo cual hace factible una lixiviación con agua; y para los óxidos y posibles oxisulfatos existentes podemos efectuar una lixiviación con ácido sulfúrico diluido. Las técnicas hidrometalurgias para la extracción de cobre se aplican principalmente a los minerales de óxidos de cobre y a los desechos de óxido de baja ley. La Hidrometalurgia también se aplica en varios casos la lixiviación por agitación de minerales de sulfuros tostados. Aproximadamente se producen cerca de 900,000 toneladas de cobre al año por técnicas hidrometalúrgicas que representan el 15% de la producción mundial de cobre a partir de sus minerales. La lixiviación de óxidos minerales contribuye a darle mayor rentabilidad de un proceso minero, ya que minerales oxidados son difíciles de ser obtenidos por los procesos de concentración por flotación.: Además, el problema de las emisiones de SO2 de las fundiciones ha dado considerable impulso de técnicas hidrometalurgias para el tratamiento de sulfuros. Esto ha conducido a instalar plantas de lixiviación de sulfuros. El medio de lixiviación para minerales de cobre casi siempre es una solución acuosa de ácido sulfúrico. El amoniaco y el ácido clorhídrico se usan en algunos casos para minerales de sulfuro de Ni-Cu o mata; también han sido propuestos para concentrados de sulfuro de cobre. El ácido sulfúrico, (en variadas concentraciones), es el reactivo más comúnmente utilizado. Las ventajas principales del ácido sulfúrico son su bajo costo, su acción rápida sobre los minerales de oxidados de cobre y el hecho de que es recirculado cuando se lixivian minerales. Las fuentes principales de cobre para la extracción hidrometalúrgica son los llamados minerales de óxido; los más importantes son: azurita, malaquita, crisocola y antlerita. Estos minerales oxidados son los productos de la degradación de los depósitos de sulfuro originales y en ellos siempre se encuentran pequeñas cantidades de sulfuro de hi erro y sulfuro de cobre. Los minerales de sulfuro también son lixiviados con ácido sulfúrico para la extracción de cobre, pero el proceso es lento. Esto ha condicionado la lixiviación de sulfuros al tratamiento prolongado de estos, aplicándose en periodos de varios meses. No obstante, son extraídas grandes cantidades de cobre que dan rentabilidad al proceso, esto debido a que se procesan grandes volúmenes de minerales. Métodos Métodos d e lixiviación Los métodos de lixiviación que se utiliza en la extracción hidrometalúrgica del cobre son.
Lixiviación in situ,
Lixiviación en terrenos y pilas,
Lixiviación por agitación en tanques
Lixiviación en bateas.
Operaciones Operaciones por agitación (estado no estacionario) Las operaciones en estado no estacionario incluyen aquellas en que los sólidos finamente molidos y los líquidos se ponen en contacto únicamente en forma de lotes y también aquellas en que un lote del solido se pone en contacto con una corriente que fluye continuamente del líquido (método por semi-lotes). Así se constituye una pulpa que es agitada y fluye en una batería de tanques de agitación. Las partículas gruesas generalmente generalmente se tratan en lechos fijos, (estacionarios), (estacionarios), mediante métodos de percolación. En estos últimos, se acumula grandes cantidades de mineral , que luego 1
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se irriga con soluciones de lixiviación. En los procesos de lixiviación por agitación, la velocidad de extracción, cinética, es afectada por los siguientes factores: Temperatura Al aumentar la temperatura se aumenta la velocidad porque la solubilidad es mayor, el aumento de temperatura es muy usado en procesos de reacción química. La temperatura máxima para cada sistema está limitada por: el punto de ebullición del solvente, el punto de degradación del producto o del solvente, solubilidad de impurezas y por la economía de calentamiento. Concentración del solvente La concentración del solvente influye por efectos de contacto mineral – reactivo, debido a la saturación y a la existencia de reacciones químicas. Tiene menor influencia cuando el mecanismo cinético corresponde a control por difusión; es decir, cuando el flujo de la solución lixiviante al interior de una partícula es el proceso más lento dentro de todos los que intervienen en el proceso. Tamaño de las partículas La reducción de partículas tiene enorme importancia, porque aumenta el área de contacto y disminuye el tiempo necesario para la extracción, sobre todo para sólidos de baja porosidad. Cuanto más pequeña es la partícula, más fácilmente accederá la solución lixiviante hasta el interior de esta. Porosidad del mineral La porosidad permite que el líquido penetre a través de los canales formados por los poros dentro del sólido, aumentando así el área activa para la extracción. Agitación La agitación da una mayor eficiencia en la extracción debido a que disminuye la película de fluido que cubre la superficie del sólido en reposo y que actúa como una resistencia a la difusión. El equipo de lixiviación a utilizar, puede ser de etapas o de contacto continuo; algunas industrias requieren un tipo especial de equipo, pero en general las dos técnicas usadas son: rociar el líquido sobre el sólido o sumergir el sólido completamente en el líquido, el equipo usado en cada caso depende mucho de la forma física de los sólidos y del costo. Partículas trituradas (grandes) son tratadas en lechos fijos por métodos de percolación. Partículas molidas (finamente divididas) son puestas en suspensi6n en tanques llenos de solvente por medio de agitación. En las Figs. 1 y 2 se muestran los equipos típicamente usados para operaciones de lixiviación por agitación en laboratorio. En la Fig. 3 una vista de tanques industriales de lixiviación por agitación.
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Figura 1: Equipos de laboratorio de Lixiviación por Agitación
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Figura: Placa calefactora con agitación.
Figura 3: Tanques de una Planta de Lixiviación por Agitación.
Ill. Parte experimental Material, Equipo y Reactivos 4 Erlenmeyers de 250 mL
1 Pliego de papel de filtro
4 Planchas calefactoras con agitaci6n
8 Fiolas de 100 mL, 1 probeta de 100 mL
4 Erlenmeyers kitasato de 250 mL
0,5 L de H2SO4 (20 g/L)
2 Bombas de vacío.
10 mL H2SO4 1 M y 50 mL H 2SO4 4 M
4 Embudos Buchner Calcina: Producto del proceso pirometalúrgico de tostación del Mineral sulfurado de la práctica anterior. Tener en cuenta que en la práctica de laboratorio de tostación, se evaluó en forma cualitativa y no cuantitativa los parámetros del proceso pirometalúrgico de tostación de minerales sulfurados. En la lixiviación de la calcina se evaluará fundamentalmente la respuesta de disolución de cobre. 3
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Procedimiento experimental 1.
Identifique los Erlenmeyers de manera que correspondan con cada uno de los crisoles procesados anteriormente en el laboratorio de tostación.
2.
Primero se realizará una lixiviación con agua y posteriormente una lixiviación ácida.
3.
Pese el Erlenmeyer vacío y luego agregue cuidadosamente la calcina anterior. Registre nuevamente los pesos.
4.
Para la lixiviación con agua traslade la calcina al Erlenmeyer correspondiente y vierta 80 mL de agua destilada a cada uno; agregar el magneto.
5.
Lleve el Erlenmeyer a las planchas agitadoras; agite a máxima velocidad y controle que la temperatura se mantenga entre 50° y 60°C durante 30 minutos.
6.
Después de transcurridos los 30 minutos, filtre la solución utilizando el Erlenmeyer kitasato, embudo Buchner, papel de filtro y la bomba de vacío. Vierta cada filtrado (solución cargada) a una fiola de 100 mL debidamente identificada. Asegúrese que el pH de la solución sea mayor a 2; se recomienda utilizar 0,5 mL o más de solución de H 2SO4 4 M. Luego afore la fiola y envíela al análisis químico.
7.
La torta retenida en el embudo Buchner debe ser devuelta con mucho cuidado al Erlenmeyer para proceder con la lixiviación ácida.
8.
Repita los pasos 4 – 6, pero este vez debe agregar H2SO4 (20 g/L). Mida el pH de la solución. Además, como es una lixiviación ácida debe controlar el pH con papel indicador de manera de mantener el pH inicial; agregue 0,5 ml o más de H2SO4 4 M según sea necesario.
9.
Una vez terminada la lixiviación ácida proceda a filtrar cuidadosamente la solución filtrada debe ser vertida en una fiola de 100 mL debidamente identificada, afore la fiola y envíela al análisis químico. NO OLVIDE RECUPERAR EL MA GNETO DEL ERLENMEYER.
IV. Resultados Debe incluir sus observaciones respecto a la apariencia física de la calcina antes y después de cada lixiviación. Si considera necesario puede confeccionar gráficos con los resultados obtenidos para visualizar mejor sus discusiones. Tabla 1: Contenido metálico en las especies minerales. METAL
Cu
Fe
Ley en el Mineral Ley en la calcina
Tabla 2: Contenido metálico en las soluciones de lixiviación neutra y ácida. LIXIVIACION NEUTRA (mg/L)
LIXIVIACION ACIDA (mg/L)
CRISOL Cu SIN AIRE ADICIONAL
Fe
Cu
Fe
I II (Na 2SO4)
CON AIRE ADICIONAL
III IV (Na2SO4)
SIN PROCESAR
MINERAL
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Tabla 3: Recuperación porcentual relativa y acumulada LIXIVIACION NEUTRA
LIXIVIACION ACIDA
RECUPERACION %
RECUPERACION %
TOSTACION
SIN AIRE ADICIONAL CON AIRE ADICIONAL SIN PROCESAR
RECUPERACION ACUMULADA % POR LAS DOS LIXIVIACIONES
I II (Na2SO4) III IV (Na 2SO4) MINERAL
V. Discusión de Resultados En función de las tablas de resultados confeccionadas, los diagramas de Kellogg y la teoría suministrada discutan la eficacia del proceso con respecto a los siguientes objetivos en la lixiviación:
Incidencia de suministro de aire adicional.
Incidencia de adición de sulfato de sodio con y sin aire adicional.
Que modificaciones recomendaría para mejorar este proceso en la búsq ueda de lograr una tostación totalmente sulfatante, en lo correspondiente al uso o no de aire adicional, uso de sulfato de sodio y rango de temperatura utilizado, condiciones operativas.etc.. VI. Cuestionario 1.
¿Por qué no es conveniente el uso de una concentración mayor de ácido sulfúrico para la lixiviación acida?. Justifique.
2.
¿Por qué no es beneficiosa la presencia del fierro en las soluciones lixiviantes?
3.
Determine el volumen de H2SO4 concentrado (98% en peso y d = 1,85 g/ml) necesario para preparar:
250 ml de H2SO4 0,5 M
500 ml de H2SO4 5,0M
5 litros de H2SO4 (25 g/l)
125 ml de H2SO4 (25 % en peso). Determine su molaridad
220 ml de H2SO4 (15% en peso). Determine su molaridad
VII. Conclusiones Las conclusiones deben derivar de la discusión de resultados efectuada. VIII. Observacion es
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