ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS I II EXAMEN PARCIAL de LABORATORIO
El artículo trata de describir la cementación de soluciones lixiviadas de minerales sulfurados de cobre sin tostar y tostados, obteniéndose obteniéndose resultados favorables lo que nos dan la pauta para la factibilidad f actibilidad de pasar de la clasica tecnología de concentración a la tecnología de cementación de minerales sulfurados de cobre con buenos tenores de plata y oro. Se ha procedido a realizar simulaciones del proceso considerando las variables involucradas en el proceso, t ales como tiempo,agitación, concentración de soluciones, pH entre otros. La minería peruana posee liderazgo en el contexto mundial en la producción minera mundial: Cobre (2°), Oro (5°), Zinc (3°), Plata (2°), Plomo (4°), Estaño (3°), Hierro (17°) y molibdeno (4°), entre otros metales base. Los minerales peruanos se caracterizan por ser polimetalicos y complejos, por lo que es importante realizar investigaciones investigaciones metalúrgicas para encontrar procesos de recuperación metálica conveniente. revisión de patentes internacionales, internacionales, se se puede resaltar la Los antecedentes d e la revisión patente 3,282,675 3,282,675 de la Inspiration Inspiration Consolidated Consolidated Copper Copper Company Maine-Arizona, la cual muestra la importancia de obtener altas calidades de cemento de cobre a partir de cementos cementos pobres, para para así aumentar notoriamente notoriamente los precios de venta venta haciendo rentable desde el punto de vista de producto. La Patente 3,288,599 3,288,599 de Harmon Keyes muestra la recuperación de cobre a partir partir de sus minerales, para obtener una máxima recuperación como cemento de cobre, llamándolo así al producto obtenido por la precipitación de cobre metálico apartir de soluciones acidificadas de cobre. La Patente 3,490,899 de Krivsky produce cementos de cobre, los cuales son apropiados para el refinado a fuego directo, con los consiguientes beneficios económicos evidentes. La Patente 3,874,940 3,874,940 de Molina et al. hace una descripción de la cementación cementación del cobre a partir de soluciones salinas bajo condiciones de concentración, tiempo, agitación, los tamaños de distribución de tamaño, la calidad del hierro. La patente 3,630,722 de Frank Chew muestra un proceso integrado de minada, lixiviación, lixiviación, cementación, refinación clorurante y la obtención de un cemento de
cobre intermedio, para luego obtener metales preciosos, cátodos de cobre, productos cobre fundidos e impurezas de metal haluros. Las investigaciones desarrolladas en la cementación del cobre nos muestran las siguientes reacciones de cementación en los sistemas clorurante y sulfatante: 2 CuCl2+ 2 FeCl3+ 3 Fe° 2Cu°+ 5 Fe Cl 2 CuS04 + Fe0 Cu0+ FeSO4 →
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Lectura8
Este trabajo se resume en el estudio de la estabilidad química de dos reactivos extractantes para cobre; uno sin modificador (LIX-860N-IC) y el otro conteniendo un modificador de baja viscosidad. Durante 103 días, se contactaron soluciones orgánicas de los reactivos extractantes disueltos al 35% en volumen en diluyente Shellsol 2046 AR con soluciones acuosas que contenían 35 g/l de cobre,180 y 290 g/l de ácido sulfúrico, respectivamente, trabajando a dos condiciones diferentes de temperatura (25 y 45 °C). Para ambos casos, se observó un efecto negativo del aumento de temperatura y concentración de ácido sulfúrico, efecto que comienza a visualizarse a partir del día número 50. Para el caso de la Aldoxima sin modificador, se observa un fuerte deterioro en las isotermas de extracción, carga máxima y la formación de aldehído en todos los casos a partir del día 53. En el caso de la Aldoxima con modificador de baja viscosidad, fue posible observar un leve deterioro en el desempeño metalúrgico respecto de su condición inicial a partir del día 53. Para la condición más severa, 45 °C y 290 g/l, la isoterma de extracción muestra una leve caída, la carga máxima disminuye, aproximadamente, un 25%. La extracción por solventes es un proceso de separación muy utilizado en muchas industrias, incluyendo la química, la metalúrgica, la farmacéutica y el tratamiento de aguas. En la hidrometalurgia del cobre, la separación de metales se logra mediante el uso de reactivos extractantes de alta especificidad, los cuales reaccionan selectivamente. Se sabe que los reactivos extractantes se degradan y producto de ello, se incorporan especies que afectarán adversamente las propiedades hidrometalúrgicas de la solución orgánica, incrementándose las pérdidas de orgánico y reduciéndose la eficiencia del circuito. Se diseñó un plan experimental con el propósito de evaluar la estabilidad química de dos tipos de reactivos extractantes: Aldoxima no modificada concentrada LIX 860N-IC (Caso 1) y Aldoxima conteniendo un modificador de baja viscosidad LIX 612 N-LV (Caso 2), los cuales fueron disueltos en el diluyente Shellsol 2046 AR de la compañía Shell Chemicals Chile, siendo sometidos a dos distintas condiciones de temperatura y de concentración de ácido sulfúrico, usando para ello los electrolitos E1 y E2. Luego de contactos prolongados de las fases.
La condición de 25 °C se logró manteniendo el medio de ensayo a temperatura ambiente del laboratorio. La condición de 45 °C se obtuvo llevando el medio de ensayo a un baño termostatizado. En ambos casos, se hizo uso de reactores de vidrio, equipados con sistema refrigerante y agitación mecánica. Se presentan los resultados del estudio de estabilidad químicarealizado Con hidroxioximas comerciales de tipo aldoxima.La estabilidad química de los extractantes fue evaluada a través de pérdida de carga en cobre de la fase orgánica y por cambios en las isotermas de extracción además de la cuantificación de la formación de aldehído. De acuerdo a los objetivos planteados para el desarrollo de este estudio y los resultados obtenidos en las experiencias realizadas, las principales conclusiones que seobtuvieron son: Para el caso de Aldoxima LIX-860N-IC • El análisis de las curvas correspondientes a las isotermas de extracción indican que esta aldoxima se ve fuertemente afectada al trabajar con concentraciones de ácido sulfúrico superiores a 180 g/l tanto a 25 como a 45 °C. • Los resultados de carga máxima Muestran que la condición de 45 °C y 290g/l de ácido sulfúrico son las más severas; en este caso, la carga máxima cayó en un 27%, y solo en 8% para la condición de 25 °C y 180 g/l. • La evaluación de la degradación hidrolítica confirma el deterioro que ha sufrido la hidroxioxima. En este caso, la aldoxima se ha degradado en el aldehído respectivo. La degradación de la aldoxima fue observada en todas las condiciones evaluadas a partir del día 53. • El análisis global e intregrado de todos los resul tados obtenidos señalan que al trabajar con esta aldoxima en alta concentración (45% v/v) y en condiciones de mediana (180 g/l) y alta acidez sulfúrica (290 g/l) a 45 °C, se producen fuertes efectos en las propiedades del reactivo. Para el caso de Aldoxima modificada LIX612N- LV • Las isotermas de Extracción correspondientes muestran que solo la condición a 45 °C y 290 g/l de ácido sulfúrico provocan deterioro en el comportamiento de este reactivo extractante. • La pérdida decapacidad extractiva medida a través de la carga máxima es mayor a 45 °C y 290 g/l de ácido sulfúrico. Los resultados obtenidos a 25 °C para ambas concentraciones de ácido sugieren que este reactivo extractante es apto para trabajar con altas concentraciones de ácido (igual o inferior a 290 g/l) a temperatura ambiente. • Los valores de degradación hidrolítica obtenidos a 25 °C para ambas concentraciones de ácido, muestran que este fenómeno está dentro de los parámetros normales conocidos en planta. Sin embargo, a 45 °C la degradación es mayor. • En todas las condiciones evaluadas para la degradación hidrolítica, se detecta la presencia del respectivo aldehído, a partir del día 53, lo cual indica que la degradación de la aldoxima ocurre según lo indicado por la reacción de hidrólisis ácida de la molécula de hidroxioxima.
La lectura hace énfasis en las las estrategias avanzadas para el di seño de tecnologías limpias se caracterizan por reducir las emisiones de desechos, disminuyendo la generación de ellos en la fuente misma e implementando medidas para reducir el consumo de aguas, recuperar los recursos materiales y energéticos a través de reciclos e integración de procesos y una selección adecuada de las materias primas. Junto a ello, se ha puesto énfasis en el desarrollo de prácticas efectivas de gestión ambiental. [1] El diseño de procesos limpios se basa en el uso de las herramientas clásicas de la ingeniería, para concebir un esquema de producción que considere tanto los aspectos técnico-económicos como los ambientales. Dichos objetivos son compatibles, ya que el impacto ambiental puede, en parte, ser reducido aumentando la productividad global del proceso. En muchos casos modificaciones con bajos requerimientos de capital han derivado en significativos incrementos en la productividad y una reducción en la generación de desechos. [1] En ese contexto la presente investigación muestra la fenomenología de la separación sólido-líquido para optimizar el manejo de los relaves y la recuperación y/o posterior tratamiento del agua de proceso en las plantas metalúrgicas, de tal forma que el espesador que actúa como un pulmón pueda trabajar óptimamente, podemos encontrar las propiedades físicoquímicas y reológicas de las pul pas. Así mismo que serán útiles para establecer su adecuada di sposición final. La ecuación fenomenológica de la velocidad de sedimentación con la fracción volumétrica de sólidos, a la cuál denominaremos ecuación LP [19], deducida a partir de la aplicación del método de variables separables a las ecuaciones de balance del proceso de sedimentación, es contrastada con otros modelos existentes
La lectura trata del desarrollo de tecnologías para el tratamiento de drenajes ácidos de mina (DAM), drenaje de rocas (ARD) y otros efluentes industriales, que están causando contaminación de aguas así como de suelos. El drenaje ácido natural es uno de los focos de contaminación ambiental de las cuencas nacionales y por ello es preciso buscar las tecnologías apropiadas para su abatimiento a las condiciones ambientales convenientes. Las tecnologías ecológicamente racionales protegen al medio ambiente, son menos contaminantes, utilizan todos los recursos en forma más sostenible, reciclan una mayor porción de sus desechos y productos y tratan los desechos residuales en forma más aceptable que las tecnologías que han venido a sustituir. En el presente trabajo mostramos el estudio experimental de pruebas de rocas ácidas en columnas de percolación, en el cual tratamos de reproducir lo que ocurre en las minas peruanas, esto nos lleva a simular las variables principales que están involucradas: flujos de alimentación y percolación, acidez de solución en el ti empo, contenido metálico en la solución, altura del lecho, composición mineral ógica y la granulometría de las rocas ácidas. También buscaremos la remediación de la contaminación ambiental de dichos efluentes, para ello emplearemos procesos de neutralización, precipitación química de los iones metálicos presentes, uso apropiado de floculantes; para, finalmente, tener un efluente que cumpla con los "límites máximos permisibles" internacionales. Finalmente, se ha diseñado un modelo que describe el proceso de manera acertada, lo que implica realizar la simulación de los parámetros en otras condiciones de operación de acuerdo con el tipo de roca ácida que genera dicho drenaje. los relaves del procesamiento de depósitos de metales básicos y preciosos, rocas del sistema de tajo abierto y rocas de desecho, contienen frecuentemente cantidades significativas de minerales sulfurosos tales como pirita (FeS ) y la pirrotita (Fe S ). También pueden estar presentes pequeñas cantidades de otros sulfuros tales como la calcopirita (CuFeS ), arsenopirita (FeAsS), galena (PbS) y esfalerita (ZnS), dependiendo del proceso de extracción y la naturaleza de la mineralización del depósito. La reacción de estos sulfuros con agua y oxígeno para producir DAM, ocurre de acuerdo a la reacción generalizada: Sulfuro metálico + agua + oxígeno = metal soluble + sulfato + H+ en agua Remediación de las aguas ácidas de mina Las opciones tecnológicas para el control de d renaje de aguas de ácidas que contienen hierro, sulfato y ácido con pH 2-3, son las siguientes:El Control de la fuente de emisión: en el que se evita el contacto del mineral tanto con agua, aire o bacterías, que son los factores iniciadores del proceso,El control de los escurrimientos de agua y los Tratamiento del efluente: se diseña un esquema de tratamiento en el cual se emplean reactivos como la cal, caliza, soda, etc.
Pudiéndose procesar la recuperación de los contenidos metálicos, incorporando una planta de extracción por solventes y posterior electrodeposición como el caso del cobre. Las pruebas experimentales se desarrollan en una columna de lixiviación en el Laboratorio de la Escuela de Ingeniería Metalúrgica, en la que se introduce material piritoso en un lecho de altura determinada, considerándose como una matriz sólida, por la parte superior se alimenta agua pura a un flujo determinado, por la parte inferior de la columna drena la solución de agua ácida, la cual recicla a la alimentación por un periodo de varios días, para ir sacando muestras cada tres días para hacer el respectivo análisis químico, también se debe tomar en cuenta la caracterización respectiva del material pirítico para correlacionarlo con las variables del proceso.
Las normativas medioambientales internacionales en la actualidad son bastante exigentes, dado que la prioridad actual es la preservación del medio ambiente. Actualmente se ha venido desarrollando la terminología SBR SECUENTIAL BATCH REACTOR que describe un grupo de sistemas de volumen variable para el tratamiento de lodos activados, donde los procesos de sedimentación, aireación y clarificación se realizan en un mismo reactor. En el SBR suceden en forma secuencial en tiempo diferentes procesos de equalización , aireación y clarificación. Esto sumado a la tecnología de biomasa permite el tratamiento de un gran espectro de compuestos metálicos y orgánicos. SBR se aplica exitosamente en USA y CANADA en cientos de plantas industriales. En ese contexto construimos la planta piloto de tratamientos efluentes, que incorpora la tecnologías modernas para la remediación de efluentes de plantas metalúrgicas, para ello tuvimos que recurrir a las té cnicas del diseño de plantas, y al empleó de softwares de diseño de equipos y prototipos; así como también a las consideraciones medioambientales de las tecnologías li mpias. Para la destrucción de cianuro hay una gama de procesos que mostramos a continuación, en forma resumida sus reacciones químicas principales: A.1 CLORINACION ALCALINA Se emplea como reactivo el hipoclorito de calcio y/o hipoclorito de sodio A.2 ácido Sulfúrico y Sulfato Ferroso a) Etapa de Leve Acidificación con Acido Sulfúrico: Consiste en bajar el pH a un nivel de 9.5 – 10.5 b) Etapa de Sulfato Ferroso : En esta etapa se efectúa la destrucción de cianuro A.3 Proceso INCO
Las ventajas que este proceso tiene se muestran a continuación: -Remoción de ambos, cianuro libre y acomplejado -Cinética muy rápida a temperatura ambiente -Bajo consumo de reactivo -Bajo costo de reactivo La construcción de la planta se realizo sobre la base de la tecnología disponible , optimizando el uso de los materiales diversos que se procesaron mediante la ingeniería y la técnica en estructuras livianas y versátiles completamente desarmables. Esto nos proporcionó una idea de la gran posibilidad de transformar para construir y tenemos muchos materiales que podemos usar: Tubos, perfil es, acrílico, mangueras, válvulas, pernos, motores, piñones y mucho ingenio se transformaron en piezas de la planta piloto para tratamiento de efluentes. Aplicando técnicas apropiadas de diseño y así mismo empleando her ramientas computacionales como Autocad 2000, Mechanical Desktop y 3D studio MAX nos permitieron construir la Planta Piloto de Tratamientos de Efluentes y su simulación en el espacio. Se podrán desarrollar una gama de investigaciones de efluentes contaminantes con dicha planta, pero se deberá adecuar a cada caso específico. Para poder mitigar el cianuro hay distintas técnicas que pueden ser empleadas, siendo para el presente proyecto la utilización del hipoclorito y de las tierras adsorbentes. Pruebas exploratorias nos indican la factibilidad de la destrucción del cianuro con el hipoclorito y de los elementos pesados con sulfhidrato de sodio.
El resumen es que los minerales sulfurados polimetálicos son muy abundantes en la naturaleza y en especial en nuestro pais, de alli la gran importancia que tiene estudiar su comportamiento frente a la flotación diferencial, existen minerales muy dóciles a la flotación y también otros minerales complejos que presentan una flotación muy complicada por una serie de factores, los mas difíciles son aquellos que presentan activación natural de la esfalerita y sulfuros de fierro debido a las sales solubles que puede tener el mineral como consecuencia de la presencia de iones metálicos de diferentes metales, principalmente cobre. El mineral de cobre, plomo y zinc que se ha estudiado no presenta dificultad durante la flotación selectiva, la calidad y la eficiencia de separación de los concentrados pueden ser mejorados con mayor tiempo de
flotación y más etapas de limpieza. Se define los conceptos teóricos de la flotación selectiva, se realizó el estudio mineralógico y químico de la muestra, las pruebas de flotación bulk y la separación, reportan buenos resultados , para mensionar solo el contenido de oro en el concentrado de cobre plomo, aporta un valor económico de $380 dólares por TMC. La flotación diferencial de sulfuros polimetálicos, consiste en recuperar una o más especies mineralógicas, dejando en los relaves otras especies deprimidas por reactivos específicos (American Cyanamid Company, 1988) El diagrama de flujo, combinación de reactivos químicos y puntos de adición de los mismos se muestra en la figura No.1 El método considera dosaspectos principales: 1.Selección de diagramas de flujo,2.Uso de reactivos químicos que permita la máxima selectividad La selección del diagrama de flujo y reactivos de flotación, está fundamentalmente condicionada por la respuesta del mineral a los colectores, activadores, depresores y espumantes, así como a la mineralogía del mineral. Los minerales sulfurados(Astucuri, 1999) de cobre molibdeno, minerales de cobre zinc, minerales de plomo plata zinc y minerales de cobre plomo zinc son ejemplos típicos de minerales sulfurados donde se aplica flotación diferencial o selectiva para procesarlos.
Flotación Bulk Cobre-Plomo Esta flotación se realiza con una depresión simultánea de sulfuros de zinc y pirita, la flotación cobre –plomo se realiza a pH natural o levemente alcalino utilizando xantatos y dithiofosfatos como colectores, la depresión de la pirita y esfalerita se logra mediante el uso de cal, cianuro, bisulfito y sulfato de zinc en dosificaciones que no afecten la flotación del cobre que es deprimido por el cianuro y el plomo por el bisulfito en concentraciones altas.
Depresión de Esfalerita y Pirita Durante la flotación bulk Cu-Pb, la pirita se deprime concianuro y bisulfito de sodio y la esfalerita con sulfato de zinc . Se ha determinado la existencia de Fe 4[Fe(CN)6]3 sobre la superficie de la pirita, no permitiendo que ésta flote. El bisulfito deprime la pirita, al descomponer los xantatos, dixantógenos y luego el alcohol componente del xantato. Activación y Flotación de Sulfuros de Zinc La esfalerita no adsorbe xantatos de cadena corta sin activación previa, esta activación consiste en el recubrimiento de la esfalerita por una capade un ión activante que formará una superficie que podrá interaccionar con el xantato. La muestra se ha estudiado mediante el microscopio de luz polarizada por el método de reflexión, para lo cual previamente se ha preparado la sección pulida y sobre la base de ésta se han determinado sus respectivos integrantes mineralógicos, es decir, se hizo su caracterización, a partir de ésta se procedió a ejecutar el análisis modal, los resultados de los diferentes pasos se encuentran especificados a continuación Grados De Liberación Los grados de liberación que presentan los minerales que han intervenido en el análisis modal de la muestra, nos indican las diferentes dificultades que han encontrado durante la etapa de la molienda, dichos grados de liberación son proporcionados en porcentajes. MICROGRAFIAS Se trata de un mineral que tiene valores de plomo, cobre, zinc, plata y oro,en consecuencia hay que encontrar los parámetros más adecuados para beneficiar este mineral. El contenido de cobre (1.20%) en el concentrado de plomo se puede disminuir con más tiempo de flotación durante la separación y con una o dos etapas de limpieza. El contenido de plomo (8.24%) en el concentrado de cobre se puede disminuir con más tiempo de flotación durante la separación y con una o dos etapas de limpieza, esto mejorará aún más las leyes de los concentrados de Pb y Cu.
El contenido de zinc en los concentrados de plomo y cobre está en rangos razonables de comercialización. Para separar los concentrados de cobre y plomo, en este mineral el proceso que mas se adapta es el método de depresión del plomo y el reactivo más efectivo por su poder oxidante es el dicromato de sodio, también se puede usar el dicromato de potasio, pero es más caro. El dicromato de potasio es un reactivo no compatible con el medio ambiente por lo que se puede usar en combinación con dextrina, carboximetil celulosa ó extractos de madera como el quebracho o taninos con el objeto de bajar el consumo de este reactiv o y disminuir el daño al medio ambiente. La tecnología de flotación diferencial se aplica a minerales sulfurados, sin embargo hay minerales complejos que contienen una variedad de sulfuros y no responden bien a este proceso por varios factores, principalmente por entrelazamientos minerales en granulometrías muy finas ó activación natural de la esfalerita y sulfuros de hierro
