Lixiviacion Por Agitacion en Botellas (1)

LIXIVIACION DE ÓXIDOS DE COBRE POR AGITACION EN BOTELLAS

INTRODUCCIÓN

La lixiviación por agitación se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de chancado, o cuando el mineral deseado está tan tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solución lixiviante. Es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y concentrados. Se recurre a la agitación mediante burbujeo o bien a la agitación mecánica para mantener la pulpa en suspensión hasta que se logra la disolución completa, siendo el tiempo de contacto de los sólidos con la solución del orden de horas comparado con el proceso de lixiviación en pilas que requiere meses.

PROCESOS EXTRACTIVOS II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRÍA - FIGMM

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OBJETIVO Determinar parámetros recuperación de

de operación los cuales nos permitirá diseñar el proceso de

cobre adecuado, realizando pruebas de lixiviación por

agitación las

cuales son un proceso de recuperación donde se tiene la máxima recuperación esto es debido a que interviene la agitación el cual es un parámetro de la cinética de reacción.

FUNDAMENTO TEÓRICO Los principales minerales oxidados de cobre de interés en Hidrometalurgia se presentan en la tabla, donde también figuran los sulfuros más corrientes, todos ellos ordenados de acuerdo a la zona de oxidación a que pertenecen en el yacimiento.

Zona mineralizada

Zona oxidada secundaria

Zona de enriquecimiento secundario

Zona primaria

Especie Cobre nativo Malaquita Azurita Chalcantita Brochantita Atacamita Crisocola Cuprita Tenorita Calcosina Digenita Covelina Cobre nativo Calcopirita Bornita Enargita Tenantita

Tetrahedrita

Cobre (%) 100 57.5 55.3 25.5 56.2 59.5 36.2 88.8 79.9 79.9 78.1 66.5 100 34.6 63.3 48.4 51.6 45.8

De acuerdo a lo que se observa en eses listado, se puede apreciar que existen en ella minerales oxidados de los que a priori puede señalarse que son altamente solubles, sin la necesidad de agentes externos modificadores del potencial redox, incluso en agua muy levemente acidulada, como es el caso de los sulfatos y de los carbonatos de cobre. En relación con este mismo tema, en la tabla 2 se presenta la información cualitativa respecto de las cinéticas de disolución relativas entre las distintas especies minerales de cobre más importante. Para hacer esta comparación, se asume que se trata de partículas puras con una granulometría uniforme del orden de 1 a 3 milímetros y que en todos los casos se usa temperatura ambiente.



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Tabla 2: Velocidades de disolución de las principales especies de cobre, a 25ºC, expuestas a una solución de ácido sulfúrico diluido. Cinética relativa

Tiempo de referencia

Muy rápida (a temperatura ambiente)

Rápida (requiere mayor acidez)

Segundos a minutos disolución es completa

Horas disolución es completa

Especies minerales de cobre

Carbonatos (malaquita, azurita) Sulfatos (chalcantita) Óxidos cúpricos (tenorita) Silicatos (crisocola)

Moderada (requiere oxidante)

Días a semanas disolución puede no ser completa

Cobre nativo, óxidos complejos con manganeso

Lenta (requiere oxidante)

Semanas a meses disolución puede ser incompleta

Sulfuros simples (calcosina, covelina)

Muy lenta (requiere oxidante)

Años disolución es incompleta

Sulfuros complejos (bornita, calcopirita, enargita, tetrahedrita)

En síntesis, las velocidades relativas de disolución, cinéticas de lixiviación, de las di stintas especies de cobre, están directamente relacionadas con el número de electrones que se necesita remover para solubilizar a cada una de esas especies. Para que una reacción química ocurra se requiere de una fuerza o energía que la provoque. La velocidad de reacción estará determinada en gran medida por la magnitud de esa fuerza o energía. En el caso de la lixiviación de la mayor parte de los minerales oxidados de cobre, la fuerza o energía que promueve la disolución es proporcionada por la existencia y por la cantidad de iones de hidrógeno presentes en la solución lixiviante. Por ejemplo, para el caso de la crisocola se tiene:

CuSiO3.H2O + 2H+

2+ + SiO + H O 2 2

→ Cu

Δ Reacción = ΔG

o + 2.303RT

En consecuencia, sabiendo que, por definición, ΔGº es una magnitud constante y que para los 2+ sistemas de lixiviación comerciales la concentración del cobre (Cu ), permanece esencialmente constante, o con una variación mínima, insignificante para estos efectos, la magnitud del ΔG reacción estará determinada solamente en función directa por la expresión 2 log[H+] es decir, será función de 2 veces el pH. Así, los campos de estabilidad de la mayor parte de las distintas especies oxidadas de cobre, dibujados es un diagrama Eh/pH, estarán limitadas entre sí y con el campo del ión Cu2-, por líneas paralelas verticales de pH constante y, en principio, no dependerán del principal redox (o sea del Eh) del sistema de lixiviación. Esto puede verse gráficamente en la figura 1: PROCESOS EXTRACTIVOS II


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Figura 1: Diagrama Eh/pH del sistema Cu-S-H2O, a 25ºC, que muestra la estabilidad de los óxidos de cobre como campos paralelos limitados por el pH, versus los sulfuros, que se limitan por ambos: Eh y pH. Esto hace que el campo de estabilidad del ión Cu2+, esté ubicado en la esquina superior izquierda de un diagrama de Eh/pH, graficando de esta manera este concepto.

Resumiendo lo visto, la mayor

parte de las especies oxidadas de cobre responden el esquema anteriormente descrito, esto es, sus campos de estabilidad están principalmente limitados por líneas de pH constante y, por lo tanto, su reacción de disolución con ácido, por una parte: No requiere de agentes externos que modifiquen el potencial redox, y en general, los valores de la velocidad de reacción son muy similares entre sí y están reflejados adecuadamente con el ejemplo de la crisocola entregado antes. Esta situación general, sin embargo, tiene una excepción importante con la cuprita: Cu2O: en efecto, al reaccionar la cuprita con ácido resulta: Cu2O + 2H+ → Cu2+ + Cuo + H2O

Es decir, con la cuprita solamente se puede alcanzar una disolución de algo más que el 50%.ya que falta un agente oxidante que ayuda a realizar el cambio de valencia del cobre. Las consecuencias de esto se aprecian gráficamente en la figura 2. En todo caso, sería estudiado el mecanismo de esta reacción y se cree que ésta procedería con facilidad por medio de una muy rápida adsorción del ácido en la superficie de la cuprita:

Cu2O + H2SO4

→ Cu2O …. H2SO4

Cu2O + H2SO4


→ Cu

(adsorbido)

2+ + Cuo + H O + SO 22 4


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Cu2O + H2SO4 adsorbido + H+→ Cu2+ + Cuo + H2O + HSO4-

Figura 2 Lixiviación de cuprita con ácido sulfúrico, a 25ºC, mostrando la necesidad de un oxidante para el cambio de valencia del cobre.

En este instante se puede concluir que, en general, la disolución con ácido sulfúrico diluido es un procedimiento que garantiza buenos resultados en la lixiviación de la generalidad de los minerales oxidados de cobre.

Sin embargo, los bajos contenidos

de

cobre que paulatinamente se van

alcanzando a medida que se extinguen los yacimientos de mayores leyes y se ponen en operación recursos antes marginales, obligan a recurrir a sistemas de lixiviación cada vez de menores costos para mantener la competitividad económica de la industria. Por estas razones, hace varias décadas que los minerales oxidados de cobre no son tratados mediante técnicas más tradicionalmente reconocidas como de rápida cinética, como son, por ejemplo, la lixiviación por agitación, que sólo necesita de unas cuantas horas de tratamiento, para lo cual requiere de una intensa molienda previa de los minerales, lo que no se paga en situación actual, o la lixiviación por percolación en bateas con unos pocos días de intenso tratamiento, para lo que se requiere de costosas instalaciones, de alto costo en racional y mantención continua, ambos métodos económicamente difíciles de justificar por las bajas leyes y grandes tonelajes que se requiere tratar en la actualidad.



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MATERIALES Y REACTIVOS Botella Muestra de Mineral granulometría 100% -1/4 ”+4m. Balde. Bureta. Matraz.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Procedemos el inicio del laboratorio, reduciendo una muestra de mineral oxidado de Cobre (malaquita, covelita, crisocola, etc) a una granulometría 100% -1/2 ”. Utilizando una muestra representativa de 180 gr.

La solución lixiviante es preparada a partir de ácido sulfúrico con una fuerza de ácido de 50 g/L (en experiencia de laboratorio, usando para ellos 2,5 Litros de solución con un volumen de 67,9 ml de H2SO4).

Este mineral es llevado a agitación en una botella, se verterá la solución lixiviante y se tapa, esta mezcla será llevado a unos agitadores de rodillos giratorios, se debe tener en cuenta la hora de inicio para los cálculos respectivos (en nuestro laboratorio se tomo un tiempo de 1 hr) donde se puede ver la reacción.



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Una vez finalizada la agitación por los rodillos, ésta es llevada para la titulación, se debe tomar 3 ml de solución y debe ser filtrada, una vez filtrada se obtendrá una solución azul, la cual será titulada con carbonato de sodio usando como indicador 2 gotas de anaranjado de metilo.

La titulación acabará cuando se cambie de una tonalidad media rojiza a una tonalidad naranja.

Para el cálculo de ácido libre se tiene en cuenta la siguiente expresión:

   

 

Una vez finalizada la titulación se repone lo que se usó en titulación para mantener constante la fuerza de ácido, para ellos se hacen los cálculos respectivos, y se continúan con la agitación tomándose diferentes tiempos de análisis. Con los datos obtenidos se procede al cálculo

CÁLCULOS I.

Condiciones del Laboratorio: Peso del mineral

: 180gr

Granulometría

: 100% -1/2”

Volumen de solución lixiviante

: 0.6 Lt.

Fuerza de ácido (H2SO4)

: 50gr/Lt

Tiempo de agitación

: 1 hora



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II.

Preparación de solución lixiviante:

  

 

  

      

 

     Ácido libre

   

 

Preparación del Na 2CO3 a 0.1 N

                 

III.

 

 

 

Ácido consumido (kg/TM):

Acido libre

   

   

 

 

Acido gastado

                

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OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Observamos que el consumo de ácido es alto, esto puede indicar que nuestra muestra contiene fierro, que es un factor que obstaculiza la lixiviación del cobre. Tener cuidado al reponer el ácido, pues este nos puede generar problemas en la piel o ligeras quemaduras. Debido a que no tenemos los datos del análisis químico de recuperación, no podemos concluir si la recuperación de óxidos de cobre, es buena o mala a las condiciones dadas. Es preferente poner una base clara, para notar el cambio de color de rojo a naranja, al realizar la titulación de nuestra muestra lixiviada.

BIBLIOGRAFIA

Terkel Rosenqvis. (1987) “Fundamentos de Metalurgia Extractiva” Editorial Limusa.

H. H. Haung, “Hidrometalurgia”, Tomo II; pág. 104 - 116.

http://www.metalurgia.uda.cl/apuntes/caceres/cursohidrometalurgia/Hidrometalurgia. pdf

Apuntes y consultas de clase.



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