LA HIDROMETALURGIA HIDROMETALURGI A DEL COBRE
La hidrometalurgia es una disciplina de la metalurgia extractiva, que se ocupa de los métodos y la ciencia de la extracción de metales por medios acuosos (Havlík, 2008). La hidrometalurgia involucra varios aspectos, e incluye todas las formas de extracción de materiales de la corteza terrestre por medio de lixiviación y recuperación del fluido. Se ocupa principalmente de minerales, sales y otras soluciones de ocurrencia natural, pero la teoría teoría y la práctica práctica pueden pueden extende extenderse rse a contami contaminan nantes tes introduci introducidos dos por la activida actividad d human humana a a los suelos suelos o hasta hasta los los proce procesos sos geoló geológic gicos os secun secunda dario rios s que que dan dan lugar lugar a yacimientos. yacimientos. or tanto la hidrometalurgia es un campo interdisciplinario interdisciplinario que involucra a la geología, química, hidrología, metalurgia extractiva, ingeniería de minas, ingeniería de procesos y economía (Bartlett, 1998)
!iagrama conceptual $%daptado de& '(her)aev, *++-
de
los
procesos
hidrometal"rgicos
del
co#re
Los diagramas de flu/o modernos en la hidrometalurgia del co#re comprenden tres etapas esencial esenciales& es& lixiviaci lixiviación, ón, extracci extracción ón por solvente solventes s y electro0o electro0o#ten #tención ción.. La integrac integración ión de estos procesos hidrometal"rgicos puede incluir operaciones previas de procesamiento, tales como la conminución, aglomeración, concentración por flotación, etc.
LA GEOLOGIA DE LO! "ACIMIE#TO! DE COBRE !e acuerdo a la geología los principales yacimientos de co#re se clasifican como estratiformes, de sulfuros masivos y porfídicos. Los yacimientos porfídicos son lo más importantes, ya que constituyen la principal fuente de extracción de co#re de#ido a su gran volumen, la explotación puede resultar económicamente atractiva aun en concentraciones de co#re cercanas al +.12.
Sección de un yacimiento porfídico de co#re $%daptado de& '3artlett, 445-
6n yacimiento porfídico de co#re, en su estado original de formación corresponde a un cuerpo intrusivo que contiene mineralización primaria finamente diseminada de calcopirita y de pirita, el cual es sometido a la acción de los niveles de agua superficial cargada con oxígeno por su cercanía al am#iente atmosférico, las sales que en ella se disuelven y la acción catalítica de las #acterias. 7n dichas condiciones se produce una oxidación, disolución y transporte del co#re, hierro y otros elementos de importancia. 7ste transporte de soluciones mineralizadas a través de la roca, da lugar a reacciones de formación de nuevas especies minerales 'sulfuros secundarios-, que pueden llegar a acumularse en cantidades económicamente importantes formando lo que se conoce como una zona de 8enriquecimiento secundario9. 6na oxidación posterior de esta zona de enriquecimiento,
puede conducir a la formación de los llamados minerales oxidados. 7n algunos casos la erosión /uega un papel importante, y es posi#le que alguna de dichas zonas no estén presentes o que existan zonas de composición mixta (D$%&' M&$v&l$v&', 200).
zonas de lixiviación natural y oxidación en un yacimiento porfídico de co#re, donde la coloración ro/iza indica la presencia de óxidos de hierro 'zona relativamente li#re de co#re de#ido a la lixiviación natural-, y la coloración azul indica la presencia de minerales oxidados de co#re 'el co#re transportado de la zona lixiviada precipita en esta zona-
LA MI#ERALOGIA La mineralogía es pro#a#lemente el parámetro más importante que afecta directamente las condiciones de operación y la recuperación de co#re en la lixiviación, puede cam#iar significativamente de un área del yacimiento a otra. La composición mineralógica de una muestra en particular determinará la velocidad de disolución y el consumo de ácido.
*r&+'&ale- e-e'&e- %&+erale- .e '$/re
:inerales de la ganga en yacimientos porfídicos
EL CHA#CADO 7l chancado es una operación que consiste en la reducción de tama;o de un mineral, hasta la o#tención de un producto con la granulometría deseada. La reducción de tama;o
se aplica a materiales de distintos tama;os, que van desde unos centímetros a un metro. (ada etapa se su#divide, a su vez, en dos o tres su#0etapas 'chancado primario, chancado secundario, etc.- esta#leciéndose circuitos completos, cuyo o#/etivo se resume en o#tener un producto de granulometría uniforme, con una producción mínima de finos.
El '$+'et$ .e e$-&'&+ l&/era'&+ .e 3+ %&+eral, e+ la l&&v&a'&+ 4A.ata.$ .e5 (G$r/a+&, Be'ker, Ma&+6a, 7ra+6&.&-, *eter-e+, 2011)
Las especies mineralógicas se encuentran siempre asociadas a la ganga formando mezclas que reci#en el nom#re de diseminaciones. 7l o#/etivo de la conminución no sólo es lograr una reducción del tama;o de las partículas, sino tam#ién a la forma en la que los valores metálicos son expuestos o li#erados de la matriz rocosa. 7stos conceptos son muy importantes para el dise;o del circuito de chancado, ya que indicaran el tama;o al cual de#erá ser llevada la partícula rocosa.
!esde el punto de vista de la extracción hidrometalurgica de los valores metálicos, los granos minerales no necesariamente necesitan ser li#erados como granos li#res< ya que una exposición parcial de los granos minerales puede proveer la superficie necesaria para el ataque químico por la solución lixiviante.
CLA!I7ICACI:# Los altos costos de chancado se de#en a los consumos elevados de energía necesaria para la reducción de tama;o del mineral. ara que el chancado sea eficiente, se de#e evitar que las partículas de mineral sean reducidas de tama;o más allá de lo necesario. 7sto se consigue por medio de una clasificación adecuada, que consiste en separar las partículas seg"n su tama;o, entregando un material grueso denominado descarga 'que retorna al chancado- y un material fino llamado re#alse 'que es enviado al siguiente proceso-.
AGLOMERACI:# La aglomeración consiste en la cohesión de partículas de menor granulometría en torno a aquellas de mayores tama;os. =iene como principal o#/etivo me/orar la permea#ilidad del lecho, minimizando la presencia de zonas sin acceso a la solución lixiviante. %quellos minerales que no han sido aglomerados presentan una ausencia de las fuerzas para mantener las partículas en su lugar, por lo cual, los finos se desplazan de#ido al arrastre de la solución lixiviante, ocupando espacios entre las partículas mayores y, de existir arcillas,
am#os
factores cumplen
un rol
sellante,
afectando
negativamente la
permea#ilidad del lecho.
D&;ere+'&a e+tre la er'$la/&l&.a. .e 3+ %ater&al +$ a
7l curado es el tratamiento químico previo a la etapa de lixiviación =L ' thin layer -, en el que se suministra ácido sulf"rico concentrado y agua 'o solución po#re- al mineral
chancado, con el fin de iniciar una serie de reacciones, cuyos efectos favora#les para la operación son el incremento de la solu#ilidad mineral, la generación de fracturas que me/oran la difusión de reactivos al interior de la partícula y finalmente la acidificación del mineral que previene la precipitación de sulfatos de hierro durante la lixiviación. La aglomeración y el curado se realizan en equipos llamados tam#ores aglomeradores.
D&;ere+'&a e+tre el ;l3=$ e+ 3+ %&+eral aa+, !a;ar6a.e, M&ller, M$at-, Ra=a%a+&, 201?)
METODO! DE LI@IIACI:# La lixiviación puede definirse como el proceso de extracción de minerales solu#les por medio de la acción química de soluciones lixiviantes. 7xisten seis métodos para la lixiviación de minerales de co#re, lixiviación in situ, lixiviación en #otaderos ' dump leaching -, lixiviación en pilas ' heap leaching -, lixiviación =L, lixiviación por percolación ' vat leaching - y lixiviación por agitación.
*r$'e-$- 3+&tar&$- a-$'&a.$- a l$- r&+'&ale- %t$.$- .e l&&v&a'&+ 473e+te5 (D$%&' M&$v&l$v&', 200)
Los diferentes métodos disponi#les para e/ecutar la operación del proceso de lixiviación #uscan o#tener el máximo #eneficio económico con el mínimo de costos y complicaciones posi#les. 7l método seleccionado dependerá principalmente de un #alance económico que de#e tomar en cuenta los siguientes factores&
>alor económico del metal a recuperar, ley de ca#eza, el tonela/e disponi#le, precio de venta y las condiciones de calidad del producto impuestas por el mercado.
•
7l porcenta/e de recuperación que se puede esperar con cada método
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7l costo de explotación minera, el método de arranque y transporte del mineral a la planta
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7l costo de procesos previos de reducción de tama;o, chancado, molienda, clasificación y los eventuales pre0tratamientos de aglomeración y?o curado, y
•
La facilidad de disolución relativa de las especies deseadas y los costos de reactivo.
Rela'&+ e+tre la le .e '$/re ;re+te al ta%a$ .e artí'3la ara l$- .&;ere+te- %t$.$- .e l&&v&a'&+ 473e+te5 (Dave+$rt, !'le-&+
E@TRACCI:# *OR !OLE#TE! (!@) Los circuitos de extracción por solventes S@ ' solvent extraction - se utilizan para purificar las soluciones cargadas provenientes de la lixiviación. 7l proceso se lleva a ca#o en unidades denominadas mezcladores0sedimentadores ' mixer-settler -, a través de dos etapas& •
Etaa .e etra''&+5 !urante la etapa de extracción, el LS ' pregnant leach solution - o solución rica, con valores típicos de 0+g?L de (u A*, +.B0B g?L C *SD1,
se pone en contacto con la fase orgánica, que contiene un extractante específico para el co#re. osteriormente, el extractante forma comple/os con el (u A*, resultando en la transferencia del metal en estado iónico a partir de la fase acuosa hacia la fase orgánica, de/ando la carga de impurezas presentes en el LS en la fase acuosa. La fase orgánica cargada con el co#re, es separada por gravedad de la fase acuosa que en dicho punto se denomina refinado. 7l refinado es reciclado
de vuelta al circuito de lixiviación donde el ácido generado por la extracción puede ser utilizado. •
Etaa .e reetra''&+5 7n el proceso de re0extracción, el co#re cargado en la fase orgánica se pone en contacto con una solución cargada de ácido, denominada electrolito gastado o #arren 'con EB04+ g?L de C *SD1- proveniente del circuito de electro0o#tención, extrae el co#re de la fase orgánica. La fase orgánica reducida en su contenido de co#re o gastada y la fase acuosa enriquecida con co#re o electrolito de avance son separadas por gravedad. La fase orgánica gastada es devuelta al circuito de extracción y el electrolito de avance es enviado a las celdas de electro0o#tención.
•
!e.&%e+ta.$r .e 3+a la+ta .e etra''&+ $r -$lve+te-
EF3&$ %e6'la.$r -e.&%e+ta.$r .el '&r'3&t$ .e etra''&+ $r -$lve+te-
ELECTROOBTE#CI:# (E) 7l proceso de electro0o#tención 7F ' electrowinning - consta de cátodos metálicos y ánodos inertes 'pero conductivos- inmersos en las soluciones electrolíticas de avance cargadas con (u A* y C*SD1 provenientes del circuito S@. or medio de la aplicación de corriente eléctrica directa a partir de una fuente externa 'como un rectificador-, entre el ánodo y el cátodo se produce un flu/o de electrones, que permite la reducción de (u
A*
a
(u+, que es depositado en la superficie del cátodo. 7l material de los cátodos es usualmente acero inoxida#le. Los ánodos son usualmente de aleaciones de plomo. 7l proceso se lleva a ca#o en un periodo de G a E días, el co#re luego de ser separado de los cátodos, es lavado y almacenado para su comercialización. %lrededor de B millones de toneladas de co#re son electrodepositadas al a;o en todo el mundo 'H(SI, *+J-.
