FACULTAD DE INGENIERIAS
LIXIVIACIÓN DE OXIDOS DE COBRE CURSO: MINERIA Y MEDIO AMBIENTE
MARJORIE
INDICE Contenido I.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2
II.
OBJETIVO ...................................................................................Error! Bookmark not defined. 2.1.
OBJETIVO GENERAL .......................................................Error! Bookmark not defined.
2.2.
OBJETIVO ESPECIFICO ..................................................Error! Bookmark not defined. MARCO TEORICO ............................................................................................................... 3
III. 3.1.
HIDROMETALURGIA DEL COBRE .............................................................................. 3
3.2.
LA GEOLOGIA DE LOS YACIMIENTOS DE COBRE ............................................... 4
3.3.
LA MINERALOGIA ........................................................................................................... 5
3.4.
LIXIVIACIÓN ..................................................................................................................... 6
3.4.1.
FACTORES IMPORTANTES DE UNA LIXIVIACIÓN: ....................................... 7
3.4.2. VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIÓN DE UN LIXIVIANTE IDÓNEO: .................................................................................................................................... 7 3.4.3.
AGENTES LIXIVIANTES MAS UTILIZADOS ...................................................... 8
3.5.
PROCESO PARA OXIDOS DE COBRE .................................................................... 10
3.6.
METODOS DE LIXIVIACION ....................................................................................... 12
3.6.1.
LIXIVIACION EN PILAS ........................................................................................ 14
3.6.2.
LIXIVIACIÓN IN SITU - IN PLACE ...................................................................... 17
3.6.3.
LIXIVIACIÓN EN BOTADEROS (DUMP LEACHING)...................................... 18
3.6.4.
LIXIVIACIÓN EN BATEA (POR PERCOLACIÓN) ............................................ 19
IV.
CONCLUSIONES ...................................................................Error! Bookmark not defined.
V.
BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 19
I.
INTRODUCCIÓN
Aproximadamente 90% del cobre producido en el mundo se obtiene de sulfuros minerales. En el tratamiento metalúrgico de sus minerales, los procesos piro metalúrgicos se emplean en un 80%, mientras que el uso de los hidro metalúrgicos es del 20%. Cuando el cobre se encuentra en forma de óxidos, el proceso productivo se basa en procesos hidrometalúrgicos, que se conocen como lixiviación. El proceso de lixiviación, es una etapa fundamental en un proceso hidrometalúrgico que involucra la disolución del metal a recuperar desde una materia prima sólida, en una solución acuosa, mediante la acción de agentes químicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separación del metal contenido en la fase sólida, de sus acompañantes no solubles. En la hidrometalurgia del cobre, dada la variedad de sustancias sólidas que contienen cobre, factibles de beneficiar por lixiviación, complican la extensión de los fundamentos del sistema lixiviante (sólidosagentes extractantes-métodos). 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. Por tanto la hidrometalurgia es un campo interdisciplinario que involucra a la geología, química, hidrología, metalurgia extractiva, ingeniería de minas, ingeniería de procesos y economía (Bartlett, 1998).
II. MARCO TEORICO 2.1. HIDROMETALURGIA 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 y la práctica pueden extenderse a contaminantes introducidos por la actividad humana a los suelos o hasta los procesos geológicos secundarios que dan lugar a yacimientos. Por tanto la hidrometalurgia es un campo interdisciplinario que involucra a la geología, química, hidrología, metalurgia extractiva, ingeniería de minas, ingeniería de procesos y economía (Bartlett, 1998).
IMAGEN N°01: Diagrama conceptual de los procesos hidrometalúrgicos del cobre
Los diagramas de flujo modernos en la hidrometalurgia del cobre comprenden tres etapas esenciales: lixiviación, extracción por solventes y electro-obtención. La integración de estos procesos hidrometalúrgicos puede incluir operaciones previas de procesamiento, tales como la conminución, aglomeración, concentración por flotación, etc.
2.2.
LA GEOLOGIA DE LOS YACIMIENTOS DE COBRE
De acuerdo a la geología los principales yacimientos de cobre 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 cobre debido a su gran volumen, la explotación puede resultar económicamente atractiva aun en concentraciones de cobre cercanas al 0.4%.
IMAGEN N°02: Sección de un yacimiento porfídico de cobre
Un yacimiento porfídico de cobre, 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 ambiente atmosférico, las sales que en ella se disuelven y la acción catalítica de las bacterias. En dichas condiciones se produce una oxidación, disolución y transporte del cobre, hierro y otros elementos de importancia. Este 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 “enriquecimiento secundario”.
Una oxidación posterior de esta zona de enriquecimiento, puede conducir a la formación de los llamados minerales oxidados. En algunos casos la erosión juega un papel importante, y es posible que alguna de dichas zonas no estén presentes o que existan zonas de composición mixta.
IMAGEN N°03: zonas de lixiviación natural y oxidación en un yacimiento porfídico de cobre, donde la coloración rojiza indica la presencia de óxidos de hierro (zona relativamente libre de cobre debido a la lixiviación natural), y la coloración azul indica la presencia de minerales oxidados de cobre (el cobre transportado de la zona lixiviada precipita en esta zona). 2.3.
LA MINERALOGIA
La mineralogía es probablemente el parámetro más importante que afecta directamente las condiciones de operación y la recuperación de cobre en la lixiviación, puede cambiar 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.
CUADRO N°01: Principales especies minerales de cobre
CUADRO N°02: Minerales de la ganga en yacimientos porfídicos
2.4.
LIXIVIACIÓN
La Lixiviación es un proceso de carácter hidrometalúrgico, el cual consiste en la obtención de cobre que se encuentra en minerales oxidados, los cuales son separados a través de la aplicación de una disolución de ácido sulfúrico y agua.
2.4.1. FACTORES IMPORTANTES DE UNA LIXIVIACIÓN: Poner en contacto el disolvente con el material que se ha de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal. Separar la solución formada del residuo sólido. Precipitar el metal de la solución. 2.4.2. VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIÓN DE UN LIXIVIANTE IDÓNEO: Naturaleza de la Mena o del material que hay que disolver. Posibilidades de regeneración. Precio y acción corrosiva. Condiciones operacionales tales como la temperatura, el tiempo de contacto, la concentración y el PH.
2.4.3. AGENTES LIXIVIANTES MAS UTILIZADOS
El agua.- Tiene pocas aplicaciones como agente lixiviante (pues en la naturaleza los minerales solubles en agua son relativamente escasos). Las disoluciones de sales en agua.- (sulfato ferrico, carbonato de sodio, cloruro de sodio, cianuro de sodio, sulfato de sodio, tiosulfato de sodio).
Carbonato de Sodio, para menas de Uranio. UO2 +3Na2CO3 +H2O +1/2O2 Na4 [UO2 (CO3)3] +2NaOH
Cloruro de sodio, para el sulfato de plomo PbSO4 + 2NaCl Na2SO4 +PbCl2 PbCl2 +2NaCl Na2 [PbCl4]
Cianuro de sodio, para menas de Au y Ag. 2Au + NaCN +O2 + 2H2O 2Na [Au(CN)2] +2NaOH + H2O2
Sulfuro de sodio, para sulfuro. Sb2S3 + 3Na2S 2Na3[SbS3]
Tiosulfato de sodio, para el cloruro de plata producido en algunas tostaciones. 2AgCl + Na2S2O3 Ag2S2O3 + 2NaCl Ag2S2O3 + 2Na2S2O3 Na4[Ag2(S2O3)3]
Sulfato Férrico.-La cuprita, Cu2O y la Calcocita, Cu2S, requieren para disolverse completamente una solución ácida del sulfato férrico:
Cu2O + H2SO4 CuSO4 + Cu + H2O Cu + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2 FeSO4 Cu2O + H2SO4 + Fe2(SO4)32CuSO4 +H2O +2FeSO4 Cu2S + Fe2(SO4)3 CuS + CuSO4 +2FeSO4 CuS + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2FeSO4 + S Cu2S + 2Fe2(SO4)3 2CuSO4 +4FeSO4 +S
Esta última reacción se produce a 35 – 50 ºC. Acidos (sulfurico, clorhidrico, y nitrico). Ácido sulfúrico.-Es el más efectivo con muchas menas, se utiliza, diluido y concentrado e incluso mezclado con ácido fluorhídrico. Es barato y menos corrosivo. Las menas oxidadas son fácilmente solubles en H2SO4 diluido. CuCO3.Cu(OH)2 + 2H2SO4 2CuSO4 +CO2 + 3H2O ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O Las impurezas, tales como óxido de Fe, se disuelven: Fe2O3 + 3 H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3 H2O OTROS ACIDOS, como el HCl y el HNO3,se utilizan en menor proporción. Bases (hidroxido de sodio y amonio). NaOH.-Se utiliza para disolver Aluminio a partir de la Bauxita HIDROXIDO DE AMONIO.-Se utiliza para extraer metales que forman aminas solubles. La lixiviación con bases presenta las ventajas siguientes: Pocos problemas de corrosión Mayor adecuación para menas carbonatadas
Mayor selectividad, puesto que los óxidos de Fe. No son atacados
2.5.
PROCESO PARA OXIDOS DE COBRE
EXPLORACIÓN GEOLÓGICA Es la primera etapa, y sin ella, ninguna otra etapa posterior tendría sentido. Aquí, se identifica que hay un yacimiento con mineral suficiente para ser trabajado, se determinan sus características y se establece la forma de explotarlo. EXTRACCIÓN, CARGUÍO Y TRANSPORTE Teniendo claro que existe un yacimiento, se decide comenzar a trabajar en él. Las rocas y los minerales adecuados se extraen de la mina y son
transportadas a la planta donde continúan los demás procesos de producción. EL CHANCADO El chancado es una operación que consiste en la reducción de tamaño de un mineral, hasta la obtención de un producto con la granulometría deseada. La reducción de tamaño se aplica a materiales de distintos tamaños, que van desde unos centímetros a un metro. Cada etapa se subdivide, a su vez, en dos o tres sub-etapas (chancado primario, chancado secundario, etc.) estableciéndose circuitos completos, cuyo objetivo se resume en obtener un producto de granulometría uniforme, con una producción mínima de finos.
Los altos costos de chancado se deben a los consumos elevados de energía necesaria para la reducción de tamaño del mineral. Para que el chancado sea eficiente, se debe evitar que las partículas de mineral sean reducidas de tamaño más allá de lo necesario. Esto se consigue por medio de una clasificación adecuada, que consiste en separar las partículas según su tamaño, entregando un material grueso denominado descarga (que retorna al chancado) y un material fino llamado rebalse (que es enviado al siguiente proceso). LIXIVIACIÓN Las pilas de material mineralizado se riegan con una solución de agua con ácido sulfúrico que disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando
una
solución
de
sulfato
de
cobre.
Esta solución escurre a través de la pila, se recoge, luego se purifica y se concentra antes de llevarla a la electro obtención. ELECTRO OBTENCIÓN:
Es una electrólisis, es decir un proceso mediante el cual se separa un compuesto -cobre, en este caso-, de otros, usando para ello la
electricidad. Así, se recupera el cobre desde la solución desarrollada en la lixiviación, obteniéndose cátodos de la más alta pureza (99,99%). CÁTODOS: Los cátodos obtenidos son examinados cuidadosamente.
Aquellos
seleccionados son apilados, pesados y embalados para su despacho, el que se realiza mediante trenes y camiones a los puertos de embarque.
2.6.
METODOS DE LIXIVIACION
La lixiviación puede definirse como el proceso de extracción de minerales solubles por medio de la acción química de soluciones lixiviantes. Existen seis métodos para la lixiviación de minerales de cobre, lixiviación in situ, lixiviación en botaderos (dump leaching), lixiviación en pilas (heap leaching), lixiviación TL, lixiviación por percolación (vat leaching) y lixiviación por agitación.
IMAGEN N°04: Procesos unitarios asociados a los principales métodos de lixiviación
Los diferentes métodos disponibles para ejecutar la operación del proceso de lixiviación buscan obtener el máximo beneficio económico con el mínimo de costos y complicaciones posibles. El método seleccionado dependerá principalmente de un balance económico que debe tomar en cuenta los siguientes factores:
Valor económico del metal a recuperar, ley de cabeza, el tonelaje disponible, precio de venta y las condiciones de calidad del producto impuestas por el mercado. El porcentaje de recuperación que se puede esperar con cada método El costo de explotación minera, el método de arranque y transporte del mineral a la planta El costo de procesos previos de reducción de tamaño, chancado, molienda,
clasificación
y
los
eventuales
pre-tratamientos
de
aglomeración y/o curado, y La facilidad de disolución relativa de las especies deseadas y los costos de reactivo.
CUADRO N°03: Resumen de Técnicas de Lixiviación
2.6.1. LIXIVIACION EN PILAS Chancado: El material que se extrae de la mina, principalmente a rajo abierto, que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante el chancado primario y secundario, y cuyo objetivo es obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a 0,75 pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida. Formación de la pila: El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se efectuara la formación de la pila. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico,
conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.
Sistema de riego: A través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas, la cual se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, que es recogida por el sistema de drenaje y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.
(a) Por aspersión
(b) Por goteo
De este proceso se llegará a obtener soluciones de sulfato de cobre con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS, las cuales serán llevadas a diversos tanques donde se realizará una purificación de éstas, eliminando las partículas sólidas que pudiese contener.
Extracción por solvente En esta etapa la solución que procede de las pilas de lixiviación, se libera de residuos o impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpl a 45gpl, mediante una extracción iónica. Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina atrapa los iones de cobre (CU+2) en forma
selectiva, obteniéndose por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la cual es reutilizada en el proceso de lixiviación y es recuperada en las soluciones que se obtienen del proceso. El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito, mejorando la concentración del cobre en esta solución llegando hasta los 45gpl. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención.
2.6.2. LIXIVIACIÓN IN SITU - IN PLACE La lixiviación IN PLACE se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras la lixiviación IN SITU se refiere a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado.
Por lo general, estas operaciones presentan actualmente un gran interés por los bajos costos de inversión y operación que se requieren, y que posibilitan recuperar valores metálicos que de otra manera no podrían ser extraídos. Los bajos costos son consecuencia de evitar o al menos disminuir los costos de extracción minera, el transporte del mineral a la planta y de los desechos finales del proceso, y la construcción de una planta de lixiviación. Generalmente, la recuperación es baja ( < 50% ).
2.6.3. LIXIVIACIÓN EN BOTADEROS (DUMP LEACHING)
Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes (por ej. < 0.4% Cu) no pueden ser tratados por métodos convencionales. Este material, generalmente al tamaño "run of mine" es depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad. Normalmente, son de grandes dimensiones, se requiere de poca inversión y es económico de operar, pero la recuperación es baja (por ej. 40-60 % Cu) y necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal. Las soluciones se alimentan generalmente por aspersión.
IMAGEN N°05: Lixiviación en botadero Minera el Abra
2.6.4. LIXIVIACIÓN EN BATEA (POR PERCOLACIÓN) Esta técnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Los minerales a tratar por este método deben presentar contenidos metálicos altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un período razonable (3 a 14 días) y en trozos de tamaño medio con tonelajes suficientes de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor inversión inicial que requiere este tipo de proceso. Ya que esos minerales no existen más, es una tecnología antigua actualmente en desuso.
IMAGEN N°07
III.
BIBLIOGRAFIA
ISSU. (s.f.). PROCESO DE OBTENCION DEL OXIDO DE COBRE. Obtenido de https://issuu.com/nenavanegas7/docs/procesos_de_obtenci__n__1_ LIXIVIACION DE MINERALES. (s.f.). Obtenido de http://www.academia.edu/6896709/Conceptos_de_lixiviaci%C3%B3n_de_minerales
