UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERIA DEPTO. DE INGENIERIA EN MINAS AREA DE METALURGIA
INFORME DE LABORATORIO DE HIDROMETALURGIA
LIXIVIACIÓN FERROCEMENTACIÓN EXTRACCIÓN POR SOLVENTES
Integrantes:
Profesora:
Juan Amenábar Flores. Daniel Baquedano Castillo. María José García Rojas. Francisco Marambio Cuevas. Judith Garmendia Pacheco.
ÍNDICE INTRODUCCIÓN
3
OBJETIVOS
4
EQUIPOS
4
PROCEDIMIENTO
4
1. Lixiviación de minerales oxidados de cobre por percolación 2. Ferrocementación 3. Extracción por solventes 1.1 Extracción 2.1 Re-extracción RESULTADOS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Recuperación en Etapa de Lixiviación. Consumo Real y Teórico de Ácido Sulfúrico Tiempo de Lixiviación. Porcentaje de Humedad. Recuperación en Etapa de Ferrocementación. Tiempo de Precipitación. Consumo Real y Teórico de Hierro. Recuperación en Etapa Extracción por Solventes. Diagrama de flujo
4 5 6 6 6 7 7 9 10 10 10 11 11 11 13
CONCLUSIONES
14
ANEXOS
15
PROCEDIMIENTO USADO PARA LA DETERMINACION DE CONCENTRACIONES
15
1. Determinación de concentración de ácido sulfúrico. 2. Determinación de concentración de cobre en solución.
15 15
2
INTRODUCCIÓN Los procesos hidrometalúrgicos están jugando un importante papel dentro de la metalurgia extractiva, tanto para la obtención de metales básicos como de metales raros. Existen muchas razones por este interés creciente en la hidrometalurgia: los procesos hidrometalúrgicos son relativamente no contaminantes del aire y permiten el tratamiento de minerales de baja ley o materiales de desecho (desmontes y relaves); además, permiten el beneficio de menas de mineral relativamente pequeñas en donde los procesos hidrometalúrgicos generalmente requieren de un capital menor que el utilizado en los procesos de fusión y las operaciones hidrometalúrgicas son relativamente fácil de controlar. Los procesos hidrometalúrgicos pueden ser divididos en tres operaciones unitarias principales: 1) lixiviación o disolución del metal útil en solución, 2) concentración y/o purificación de la solución rica, y finalmente, 3) recuperación del metal. Este laboratorio se ha dividido en tres etapas: 1) LIXIVIACIÓN, 2) FERROCEMENTACIÓN, y 3) EXTRACCIÓN POR SOLVENTES, las cuales deberán realizarse en forma continuada y cuidando de no perder ni contaminar las muestras.
3
OBJETIVOS 1. Llevar a la práctica las operaciones unitarias de un proceso hidrometalúrgico. 2. Aplicar la lixiviación por percolación en estanques. 3. Aplicar y conocer los mecanismos de la ferrocementación y de extracción por solventes. 4. Manejo y preparación de soluciones. 5. Medición de concentraciones en solución por titulación.
EQUIPOS 1. Estanques Percoladores tipo Air - Lift. 2. Embudos Separadores. 3. Materiales de Vidrio: Buretas, Pipeta Parcial, Vasos de Precipitados, Embudo Analítico, Probeta, Vidrio Reloj). 4. Materiales de Porcelana: Mortero. 5. Materiales de Plástico y Madera: Piseta. 6. Materiales de Metal: Soporte Universal, Pinza de Mohr, Bandejas.
PROCEDIMIENTO 1. LIXIVIACIÓN DE PERCOLACIÓN.
MINERALES
OXIDADOS
DE
COBRE
POR
1. Preparar 2.500 g de muestra de una mena de mineral oxidado de cobre y chancarlo a un tamaño -1/4” + 10 # Ty. 2. Homogenizar la muestra y mediante cuarteos sucesivos extraer aproximadamente 500 g de mineral, que deberán ser preparados bajo 100 # para análisis químico, con el mineral restante preparar dos paquetes, uno para la lixiviación y el otro quedará de testigo. 3. Alimentar el estanque percolador con 1.000 g, cuidando de no introducir mineral por la abertura central del estanque. 4. Preparar una solución de 1.500 mL de ácido sulfúrico al 5 % p/v (comprobar su concentración) y agregarla por el ducto central con esto se pretende que la solución escurra de abajo hacia arriba, expulsando así los gases presentes en los huecos. 5. Adicionar la solución acidulada hasta que esta sobrepase la superficie del sólido entre 1 a 2 cm aproximadamente. 6. Introducir la manguera en el ducto central del estanque y con “precaución” abrir lentamente la llave de paso de aire.
4
7. Realizar controles de concentración de ácido y concentración de cobre a la solución cada 15 minutos durante el primer ataque, hasta que la concentración de ácido sea mínima (aproximadamente 5 g/L). 8. Descargar la solución “r ica” desde el estanque y re-cargarlo con una solución acidulada fresca (2º ataque). 9. Efectuar el segundo ataque y realizar los controles del punto 7. Ejecute tantos ataques como sea necesario para agotar el metal o según se lo indique el profesor. 10. Las soluciones ricas de todos los ataques, júntela, mida el volumen obtenido y las concentraciones de cobre y ácido (anote el resultado). Esta solución se ocupará en “f errocementación”. 11. Al final del último ataque vacíe del estanque la solución rica y adicione entre 1.000 y 1.200 mL de agua. Agite la solución por 30 minutos, se obtendrá la “solución de lavado”. 12. Extraer la “solución de lavado” y medir el volumen y las concentraciones de ácido y de cobre. Esta solución será utilizada en la “extracción por solventes”. 13. Retire el ripio del estanque percolador, pesar, secar y volver a pesar. Determinar el porcentaje humedad.
2. FERROCEMENTACIÓN. 1. Determinar concentraciones de cobre y ácido. Luego medir volumen a la solución obtenida en la etapa de lixiviación: “solución r ica”. 2. Pesar aproximadamente 4 kg de barras de fierro ó según lo indique el profesor. Introducir barras en el depósito que contiene la solución rica y abrir llave de paso de aire. 3. Controlar la concentración de cobre cada 5 minutos, hasta agotar casi totalmente él cobre en solución. 4. Una vez finalizado el proceso de cementación, extraer la solución agotada en cobre y eliminarla. 5. Depositar precipitado en bandeja (limpiar bien las barras, para retirar precipitado adherido). 6. Secar precipitado de cobre, pesar y analizar químicamente. 7. Pesar las barras de fierro limpias y calcular el hierro consumido. 8. Por último, determinar la recuperación en la etapa de ferrocementación. 5
3. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES. 3.1 EXTRACCIÓN. 1. Determinar la concentración de cobre y de ácido en la solución de lavado obtenida en la etapa de lixiviación. 2. Adicionar en 5 vasos de precipitados de 250 mL, el volumen de 150 mL de solución de lavado. 3. Preparar una solución de ácido al 5 % ó al 20 % p/v, dependiendo del “lixiviado” utilizado. 4. Adicionar a un embudo separador 150 mL de orgánico y 150 mL del ácido preparado anteriormente y lavar orgánico. 5. Una vez limpio el orgánico adicionar los primeros 150 mL de solución de lavado (dilución 1: 1). La dilución O/A puede ser variada de acuerdo a indicaciones del profesor. 6. Agitar embudo separador por espacio de 5 minutos, aproximadamente. 7. Después de la agitación dejar reposar la mezcla y extraer la solución pobre del embudo abriendo lentamente la llave de salida y sacando tapón superior. 8. Determinar la concentración de cobre y ácido a la solución pobre extraída del embudo decantador. 9. Repetir operaciones 5, 6, 7 y 8 para el resto de las soluciones divididas en los 5 vasos.
3.2 RE-EXTRACCIÓN. 1. Medir 150 mL de solución acidulada de ácido sulfúrico preparada anteriormente. 2. Mezclar la solución ácida con el orgánico cargado con cobre. 3. Agitar el embudo por espacio de 5 minutos. 4. Separar las fases, extraer la solución rica acidulada y medir concentración de cobre y ácido.
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RESULTADOS
1.- Recuperación en Etapa de Lixiviación.
Mineralogía: Magnetita, Hematita, Limonita, Bornita, Cuarzo, Calcopitita, Pirita, Epidota (escasa), Calcita, Crisocola.
Análisis Químico Cabeza Muestra 1 2
Peso (g) 1,0007 1,0017
Gasto (ml) 5,9 5,8
Ley (%) 2,95 2,90
Ley Media (%) 2,93
Tabla de Registro Primer Ataque Gasto Gasto Tiempo Concentración Concentración KCN Na2CO3 (min) Cu (g/l) H+ (g/l) (ml) (ml) 0 15 30 45 105
0,0 3,2 4,3 5,0 6,5
20,8 14,1 12,7 11,0 8,6
0,00 8,00 10,75 12,50 16,25
52,00 35,25 31,75 27,50 21,50
Peso Cu (g)
Peso H2SO4 (g)
0,00 9,60 12,86 14,90 17,55
62,40 42,30 37,97 32,78 23,22
Volumen Recuperación de Solución de Cu (%) (ml) 1200 1200 1196 1192 1080
0,00 25,40 34,02 39,42 46,43
Concentraciones 1° Ataque 60.00 50.00 ) l / g 40.00 ( n o i c a 30.00 r t n e c n 20.00 o C
Concentración Cu (g/l) Concentración H+ (g/l)
10.00 0.00 0
50
100
Tiempo (min)
7
Tabla de Registro Segundo Ataque Tiempo (min) 0 40 100
Gasto Gasto KCN Na2CO3 (ml) (ml) 0,0 1,8 2,7
Concentración Concentración Cu (g/l) H+ (g/l)
20,8 18,3 16,8
0,00 4,50 6,75
52,00 45,75 42,00
Peso Cu (g)
Peso H2SO4 (g)
0,00 4,50 6,62
52,00 45,75 41,16
Volumen Recuperación de Solución de Cu (%) (ml) 1000 1000 980
0,00 11,91 17,50
Concentraciones 2° Ataque 60.00 50.00
) l / g ( 40.00 n o i c a 30.00 r t n e c 20.00 n o C
Concentración Cu (g/l) Concentración H+ (g/l)
10.00 0.00 0
20
40
60
80
100
120
Tiempo (min)
Análisis Químico Ripio Muestra 1 2
Peso (g) 2,0022 2,0012
Gasto (ml) 4,8 4,5
Ley (%) 1,20 1,12
Ley Media (%) 1,16
Balance Metalúrgico por Soluciones Producto Solución Rica Solución de lavado Ripio Cabeza
Peso (g)
Volumen (ml)
Ley (%)
1874
Concentración (g/l)
Fino (g)
13,00
24,362
Recuperación (%) 64,76
1008 1214 1290
1,50 1,16 3,10
1,512 14,082 39,956
35.24 100,00
8
Balance Metalúrgico por Sólidos Producto Solución Rica Solución de lavado Ripio Cabeza
Peso (g)
Volumen (ml)
Ley (%)
Concentración Recuperación Fino (g) (g/l) (%)
1874
13,00
1008 1214 1290
23,715
62,74
14,082 37,797
37,26 100,00
1,50 1,16 2,93
2.- Consumo de Ácido Consumo de Ácido por Ataque Ataque
Peso H2SO4 Inicial (g)
Peso H2SO4 Final (g)
Peso H2SO4 Consumido Parcial (g)
Peso H2SO4 Consumido Total (g)
1 2
62,40 52,00
23,22 41,16
39,18 10,84
50,02
Consumo Estequiométrico = 1,54[Kg H+ / Kg Cu].
El consumo real es normalmente de 3 a 5 veces el consumo estequiométrico.
Consumo según balance de soluciones:
9
Consumo según balance de sólidos:
3.- Tiempo de Lixiviación.
Tiempo de lixiviación primer ataque: 105 minutos = 1 hora y 45 minutos. Tiempo de lixiviación segundo ataque: 100 minutos = 1 hora y 40 minutos. Tiempo de lixiviación total: 205 Minutos = 3 horas y 25 minutos.
4.- Porcentaje de Humedad.
) ( ) ( 5.- Recuperación en Etapa de Ferrocementación. Tabla de Registro Ferrocementación Gasto Gasto Tiempo KCN Na2CO3 (min) (ml) (ml) 0 10 20 30
5,2 3,7 2,3 1,7
Concentración Cu (g/l)
Concentración H+ (g/l)
Peso Cu (g)
13,00 9,25 5,75 4,25
29,50
24,36 17,30 10,73 7,91
11,8
Peso H2SO4 (g)
Volumen de Solución (ml)
55,28
1874 1870 1866 1862
Análisis Químico Precipitado Ferrocementación Muestra 1
Peso (g) 0,2010
Gasto (ml) 34,8
Ley (%) 86,57
2
0,2010
35,0
87,06
Ley Media (%) 86,82
10
Concentración Cu (g/l) 14.00
) l / g 12.00 (
u C 10.00 e d 8.00 n ó i c 6.00 a r t n 4.00 e c n 2.00 o C
0.00 0
5
10
15
20
25
30
35
Tiempo (min)
6.- Tiempo de Precipitación. 40 minutos
7.- Consumo Real y Teórico de Hierro.
Consumo Estequiométrico = 0,878 [Kg Fe / Kg Cu]. Normalmente el consumo real fluctúa entre 1,2 a 1,6 veces el consumo estequiométrico.
[ ] 8.- Recuperación en Etapa Extracción por Solventes. Tabla de Registro Etapa de Extracción Volumen Volumen Gasto Medio Concentracion Concentracion [Cu++] Acuoso (ml) Orgánico (ml) KCN(ml) Cu en Acuoso Cu en Orgánico 15 15 15 15 15
45 30 15 7.5 5
0.15 0.70 1.30 2.15 2.85
0.38 1.75 3.25 5.38 7.13
3.96 5.25 9.00 13.75 15.38
12.25 12.25 12.25 12.25 12.25
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Curva de Extracción 18.00
] l / 16.00 g [ o 14.00 c i n á 12.00 g r O10.00 n 8.00 o i c a 6.00 r t n e 4.00 c n o 2.00 C
0.00 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Concentración Acuoso [g/l]
Tabla de Registro Etapa de Re-Extracción Volumen Volumen Orgánico (ml) Acuoso (ml) 15 15 15 15 15
5 7.5 15 30 45
Gasto Medio Concentracion Concentracion [Cu]o KCN (ml) Cu Acuoso Cu Orgánico 4.40 3.55 2.15 1.15 0.80
11.00 8.88 5.38 2.88 2.00
2.68 1.91 0.98 0.60 0.35
6.35 6.35 6.35 6.35 6.35
Curva de Re-Extracción 12.00
] l / g [ 10.00 o s o 8.00 u c A n 6.00 o i c a r 4.00 t n e c n 2.00 o C
0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Concentración Orgánico [g/l]
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9.- Diagrama de flujo de la experiencia realizada Minerales Sulfurados de Cobre (Minerales Insolubles)
Minerales Oxidados de Cobre (Mineral Soluble)
Chancado
Chancado
Lixiviación
Molienda
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O Cu4(OH)6SO4 + 3H2SO4 → 4CuSO4 + 6H2O CuCO3*Cu(OH)2 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + CO2 + 3H2O
Concentracion por Flotación Precipitación con Hierro
Extracción por Solventes
Cu+2 + Fe → Cu + Fe+2
2RH + Cu+2 → R2Cu + 2H+
Concentrado 25-35% Electroobtención Precipitado 70-80%
Cu+2 + SO4-2 + H2O → 1/2 O2 + Cu + 2H + + SO4-2
Critalización
Cátodo
Re-Cristalización
Fundicion
99,99% Conversión
Secado Refinacion y Fundición
Cátodo
Sulfato de Cobre Pentahidratado
99,99%
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CONCLUSIONES La mineralogía de la muestra indica que las recuperaciones de la lixiviación no serán altas, debido a la presencia de minerales sulfurados como Bornita y Calcopirita, y minerales de cobre insolubles como Crisocola. Los resultados de las recuperaciones son algo mayores del 60%, en contraste con las que comúnmente se obtienen en lixiviación por percolación, que superan el 90%, lo que confirma las suposiciones del análisis mineralógico. La ley de ripios, por ende, debe alcanzar un valor muy grande en comparación con los que se tienen en general en casos prácticos. Los balances realizados por soluciones y por sólidos entregan recuperaciones similares, por lo que podemos decir que los resultados del proceso de lixiviación son fidedignos. Las curvas de concentración de Cu y de H+ muestran que los primeros minutos de la lixiviación son los que proporcionan las mayores recuperaciones, mientras que el periodo final del proceso muestra aumentos pequeños en la recuperación. El consumo de ácido sulfúrico de la mena fue ligeramente superior al estequiométrico, lo que indica que no existe presencia de cantidades importantes de minerales carbonatados. En el proceso de cementación con hierro, la ley de precipitado alcanzó valores mayores a los que se podrían esperar en el común de los casos prácticos. Tal vez esto es producto que la concentración de la solución que ingresó a la ferrocementación (12 [g/l] aprox.) es ligeramente mayor a las concentraciones normales. Además la calidad de la “chatarra” es bastante buena, lo que maximiza las recuperaciones en el proceso, minimizando el consumo de hierro.
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ANEXO PROCEDIMIENTO USADO PARA LA DETERMINACIÓN DE CONCENTRACIONES
1. Determinación de concentración de acido 1. - Medir 2 ml. de solución clarificada. 2. - Agregar 10 ml. de agua destilada 3. - Agregar 2-3 gotas de indicador metil-orange 4. - Titular con Na2CO3, viraje: de rojo a amarillo.
2. Determinación de concentración de cobre 1. - Medir 2 ml. de solución rica clarificada. 2. - Agregar 10 ml. de agua destilada. 3. - Agregar como indicador NH4 OH. 4. - Titular con KCN, viraje: de Azul ó celeste a incoloro
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