Año “
de la Inversión Para Para el Desarrollo Rural Rural y la Seguridad Alimentaria ”
DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCION DE COBRE REFINADO EN FORMA DE CATODOS CURSO:
DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES
DOCENTE:
Ing.: ORTIZ JAHN, Cesar
ALUMNOS:
ALFARO ALF ARO VENTURA, John John UENDIA A!UINO, I"#n ECHEVARRIA TOV TOVAR, AR, Je$$erson
%URILLO DE LACRUZ, Rona&' %ANTARI OLARTE, J(an Car&os HUANCA)O*+-
INTRODUCCIÓN El proyecto actual plantea la producción de cobre refinado en forma de cátodos, mediante la aplicación de la tecnología actual para extracción y refinación de cobre, a fin de garantizar la producción de cobre cátodo grado A.
La crisis de la minería en América del sur, particularmente en los países de Boliia, !er" y #$ile, durante el periodo de los a%os &'()*&'(+, fue por efecto de la caída de la cotización de los principales minerales de exportación y factor determinante para el cierre de muc$as minas. La más afectada por estas determinaciones fue Boliia, un país tradicionalmente minero y dependiendo su economía de esta actiidad industrial.
oy la minería en Boliia y el mundo, presenta un nueo panorama, ante el alza alza de los los miner mineral ales es en el merc mercad ado o intern internac acio iona nall por por la dema demand nda a insatis insatisfec$ fec$a a en el mercad mercado o de los países países industria industrializ lizado ados. s. !or ello, en la actualidad la minería se $ace importante para la economía del país por ser una de las actiidade actiidadess generadora generadora de empleos empleos y recursos recursos económicos económicos para el estado, pese a ser una industria de alto riesgo y estar su-eto a factores internos y externos.
La dispersión con ue aparece el cobre en la naturaleza, naturaleza, $ace necesario necesario someter los minerales extraídos a procesos productios con l a finalidad de obtener un metal puro.
/e expone los fundamentos para el dise%o y construcción de una planta piloto para lixiiación0extracción por solentes y electrodeposición.
La planta planta procesa procesará rá 12 tonelada toneladass por mes
3tpm4 3tpm4 en una primera primera etapa, etapa,
posteriormente se tiene proyectado ampliar a una producción para para procesar )2 tpm. El dise%o se realizará sobredimensionando.
!ara realizar los procesos pr ocesos y operaciones tenemos ue instalar las siguientes secciones5 •
6rea de c$ancado.
•
6rea Lixiiación por agitación.
•
6rea de extracción por solentes /7
•
6rea de tanues 3894
•
6rea E:.
1
CAPITULO I GENERALIDADES DEL PROYECTO 1.1. ANTECEDENTES /e $an encontrado algunas informaciones relacionados con el presente traba-o de inestigación como son5 Basadre en istoria ;epublicana del !er". El !er" es un país de tradición minera.
, $aciendo referencia sobre la problemática minera, y el análisis $istórico sobre la problemática de la minería en el !er". La reista ?undo ?inero en su publicación uincenal a%o =221. ace algunas referencias sobre la problemática
de
la
minería,
y
los
principales
indicadores económicos relacionados con el sector minero en el !er". Los procesos uímicos de cementación de cobre se basan en los estudios realizados por @ernst y otros, sobre los potenciales electrouímicos, y los principios
establecidos por 9araday en procesos electrouímicos, y los potenciales estándar de reducción estudiados por :ilardibbs y /toc$olm. La cinética de la precipitación de cobre por primera ez fue inestigada por @adarniy :adsCort$ en &'D(, estableciéndose ue la etapa determinante de la rapidez de precipitación, es la difusión de los iones. !or intermedio de la ;eista especializada del nstituto de nestigaciones de 9?? de la Fniersidad @acional ?ayor de /an ?arcos !er" Gol. (, @o &>,'* &1 3=22>4, $a publicado sobre la producción de sulfato de cobre, obtenida a partir del cemento de cobre, ue es una recopilación de los traba-os realizados del ex Banco ?inero del !er", entre los a%os &'(2 a &'(2. #entro de inestigaciones de la !ontificia Fniersidad #atólica del !er", =22> $a presentado un estudio realizado por 9iorella !olanco ?artínez, sobre 9inanciamiento para !eue%a y mediana ?inería en el !er".
1.2. OBJETIVOS. El presente !royecto tiene los siguientes ob-etios5
1.2.1. Objetivo Gene!"
una planta con
un nueo proceso de tratamiento de minerales,
con el empleo de técnicas modernas en la lixiiación, extracción por solentes 3/74 y electroCinning 3E:4, para obtener cobre catódico a partir de los minerales oxidados de cobre, dentro del marco de la rentabilidad.
1.2.2. Objetivo# E#$e%&'i%o# •
#onocer
y entender el proceso de recuperación de #u por
$idrometalurgia a partir minerales oxidados proenientes de mina. •
;eactiaciónde la minería en #orocoro, por la demanda de
cobre
catódico. !roducción de cobre electrolítico fino con un ba-o costo de producción
•
aproec$ando la calidad de los minerales oxidados presentes en esta región como la malauita principalmente 3#u#H 1. #u 3H4=4 •
La
generación
de
empleo
directo
a
pobladores
originarios
y
comuneros aleda%os.
1.2.
JUSTI(ICACIÓN DEL PROYECTO.
El presente proyecto de inestigación tecnológica, representa una necesidad inmediata, para proyectarse $acia la peue%a y mediana minería en donde se pretende desarrollar la actiidad minero 0 metal"rgica.
En este capítulo, se procederá a detallar el tama%o del proyecto. El tama%o del mismo estará en relación con el mercado, técnicas e inersiones y la localizaciónI así como la determinación del tama%o.
La localización
del
mismo será detallada por un análisis de macro*localización y micro* localización, y los factores preponderantes para la localizaciónI área y límites ue interienen en el proyectoI localización política y administratiaI y por "ltimo la accesibilidad al lugar donde se e-ecutará.
La aplicación del presente estudio, está sustentado por las siguientes -ustificaciones5
1.2.1. T)%ni%o* /e basa en la aplicación de tecnología aanzada en la $idrometal"rgia del cobre, para la obtención de cobre catódico o electrolítico, por medio de la lixiiación en agitación 3L74,extracción por solente 3/74, área de tanues 3894 y electrodeposición 3E:4.
1.2.2. E%on+,i%o* La explotación y proceso de tratamiento racional y rentable de los recursos mineros, dará lugar a generar recursos económicos a la
empresa,
traba-adores y sus familias, generando un moimiento
económico en la región. =(
CAPITULO II (UNDA-ENTO TEÓRICO DEL PROCESO
2.1. CONCEPTO DE LIIVIACION
Es un proceso $idrometal"rgico ue consiste, en la recuperación en forma iónica de metales aliosos 3#uy, Jn, Au, etc.4 de los minerales primarios yKo secundarios por reacciones de disolución efectuadas a condiciones de temperatura ambiente por intermedio soluciones acuosas. ones5 ?ateria con carga eléctrica ue se obtiene
al disoler un compuesto
uímico. !ueden ser de
dos clases, con carga positia o
cationes #u =, , @a, etc. M con carga negatia o aniones /H )*,@H1* ,#H=* , etc.
So"/%i+n A%/o#! 0'!#e !%/o#!* Es una mezcla líuida de agua con alg"n compuesto uímico ácido o básico disuelto en ella ue permiten contener iones metálicos.
2.2. -ETODOS DE LIIVIACION En la industria se practican arios métodos para métodos para contrastar
la
fase sólida con la solución acuosa extractante en un espacio confirmado. La selección del método de lixiiación depende de5 •
#aracterísticas físicas y uímicas de la mena.
•
#aracterísticas mineralógicas.
•
Ley de la mena.
•
/olubilidad del metal "til en la fase acuosa.
•
La cinética de disolución.
•
?agnitud de tratamiento.
•
9acilidad de operación.
La $idrometalurgia del uranio y del cobre, presenta las mayores de métodos para lixiiación, entre estos tenemos5 a4 Lixiiación in*situ. b4 Lixiiación en botaderos. c4 Lixiiación en pilas. d4 lixiiación en bateas. e4 lixiiación en reactores agitados. f4
Lixiiación en autoclae o reactor a presión.
ariedades
Ot! %"!#i'i%!%i+n ,# 3ene!"i4!5! $/e5e #e "! #i3/iente* &. Lixiiación de menas 5 •
?enas de alta ley.
•
?enas de ba-a ley.
=. Lixiiación de concentrados productos de tratamiento5 •
#oncentrados de flotación.
•
#olas de proceso.
•
#alcinas.
•
Lodos Anódicos.
2.6. REACTIVOS UTILI7ADOS EN LA LIIVIACIÓN Los ;eactios usados para lixiiar minerales deben en general ser baratos, fáciles de regenerar y capaces de disoler rápidamente los minerales deseados pero no los minerales de ganga.
Los disolentes ue se utilizan en la lixiiación incluyen tanto soluciones ácidas como alcalinas, así como también algunas sales, pero el ácido sulf"rico es el ue se emplea uniersalmente. Esto se debe en parte, a su eficiencia como disolente y en parte a ue es fácil de conseguir y de ba-o costoI es fácil de mane-ar y su pérdida durante el proceso son ba-as.
La disolución de minerales oxidados reuiere de la presencia de un oxidante. Los más usados son el oxígeno y los iones férricos.
/oluciones alcalinas como $idróxido de amonio con oxígeno o carbonato de amonio mas $idróxido de amonio se usan para lixiiar menas de cobre natio y carbonatos metálicos 3azurita y malauita4.
La enta-a de usar una solución de lixiiación alcalina con una ganga carbonatada 3calcita, dolomita4 es ue la solución alcalina no ataca los minerales de ganga, mientras ue el uso de lixiiación ácida consumiría una cantidad considerable de ácido debido al ataue de la ganga.
#uando el cobre se lixiia con una solución alcalina conteniendo amoniaco, el cobre se puede precipitar como #uH mediante calentamiento, lo cual también expulsa el amoniaco y el dióxido de carbono de la solución permitiendo la recuperación de estos gases.
2.8. 9U:-ICA DE LA LIIVIACIÓN DE -INERALES DE COBRE Los minerales oxidados de cobre se disuelen rápidamente en ácido sulf"rico diluido.Los minerales oxidados de cobre más fáciles de
lixiiar son los sulfatos 3c$alcantita4 y sulfatos básicos 3anclerita y brocantita4 enseguida ienen los carbonatos 3malauita y azurita4, la atacamita y la tenorita.
La cuprita en cambio necesita la presencia de un oxidante para disolerse completamente. Los silicatos de cobre son los ue tienen una cinética de lixiiación más lenta.En cualuier sistema de lixiiación es inestable la co* dilusición de otros elementos de impurezas, generándose soluciones poli* iónicas ue deben ser purificadas antes de recuperar el cobre desde las soluciones.En algunos casos los productos de la reacción misma de lixiiación son impurezas da%inas. Este es el caso de la atacamita ue produce iones #l ; los cuales proocan problemas en la recuperación de cobre desde las soluciones de lixiiación.Htro e-emplo lo constituye la lixiiación de crisocola. La crisocola, ue es uno de los minerales oxidados más abundantes, tiene una cinética de lixiiación relatiamente lenta y como producto de su lixiiación se obtiene sílice coloidal. Esta sílice prooca serios problemas en los sistemas de /7.Los minerales sulfurados de cobre no son solubles en ácido sulf"rico diluido a menos ue exista un agente oxidante en la solución. Aun entonces las reacciones de lixiiación son muy lentas a menos ue las condiciones oxidantes del sistema sean extremadamente fuertes.Los oxidantes más
usados en la lixiiación de minerales sulfurados de cobre son el oxigeno y el ion férrico.
TABLA N
-ine!"
Co,$o#i%i+n
>C/ So"/bi"i5!5
Azurita
=#u#H1.#u3H4= >>,1 9ácilmente soluble en ácido
?alauita #u#H1.#u3H4=
>+,D 9ácilmente soluble en ácido
#risocola #u/i#H1.==H
1D,& /oluble en ácido
8enorita
+',+ /oluble en ácido
#uH
Atacamita #u#l=.1#u3H4= Antlerita
>2,> /oluble en ácido
#u/H).=#u3H4= >1,( /oluble en ácido
Brocantita #u/H).1#u3H4= >D,= /oluble en ácido #uprita
#u=H
((,( /oluble en ácido y 9e 1
#u/iH1.=H
>+,' /oluble en ácido
#alcosita
#u=/
+',( /oluble en ácido y 9e
#oelita
#u/
DD,) /oluble en ácido y 9e 1
#u9e/)
D1,1
!arcialmente soluble en ácido y 9e 1
calcopirita #u9e/=
1),D
!arcialmente soluble en ácido y 9e 1
Bornita
9uente5 !ropia
2.?. -ETODOS DE LIIVIACION DE -INERALES. TABLA N< VII* RESU-EN DE -ETODOS DE LIIVIACIÓN DE -INERALES
Re#/,en5e5i'eente#t)%ni%!#5e"i@ivi!%i+n5e,ine!"e# R!n3o#5eA$"i%!%i+n =Re#/"t!5o#
-)to5o#5eLi@ivi!%i+n EnBot!5eo#
EnPi"!#
Pe%o"!%i+n
A3it!%i+n
Leydelmineral
Ba-aley
Ba-a*media
?edia*alta
Altaley
8onela-e
rande
ranamediano
Ampliorango
Ampliorango
nersión
?ínima
media
?ediaaalta
alta
ranulometría
#orridodemina
#$ancado grueso
#$ancad o medio
?olienda $"meda
;ecuperacionestípicas
)2a>2N
>2a+2N
+2a(2N
(2a'2N
8iempodetratamiento
Gariosa%os
Gariassemanas Gariosdías
$oras
#alidaddesoluciones
#oncentradas 3=2*)2gpl#u4
?edianas 3>*&>gpl#u4
*recuperación incompleta, *reprecipitación de9ey#u, *canalizaciones, *eaporación *pérdidasde soluciones *soluciones muydiluidas.
*recuperación incompleta, *reuierede grandesáreas, *canalizaciones, * precipitacio nes, *eaporación.
*bloueopor finos, *reuierede másinersión, *mane-ode materiales, *necesidadde ?ayorcontrolen laplanta.
*molienda, *laadoen contracorriente, *tranuede relaes, *inersiónmuy alta, *controldela plantaesmás sofisticado.
!roblemasprincipalesen suaplicación
9uente5 !ropia
2.. PRINCIPALES REACCIONES 9U:-ICAS !. Di#o"/%i+n 5e ,ine!"e# o@i5!5o# 5e %obe A4/it! =#u#H1.#u3H4= 1=/H) 1#u/H) =#H= )=H
3&4
-!"!/it! #u#H1.#u3H4= ==/H) =#u/H) #H= 1=H
3=4
Ci#o%o"! #u/i#H1.==H =/H) #u/H) /iH= 1=H
314
Tenoit! #uH =/H) #u/H) =H
3)4
At!%!,it! #u#l=.1#u 3H4= 1=/H) #u#l= 1#u/H) D=H
3>4
Ant"eit! #u/H).=#u 3H4= ==/H) 1#u/H) )=H
3D4
Bo%!ntit! #u/H).1#u 3H4= 1=/H) )#u/H) D=H
3+4
C/$it! #u=H =/H) #u/H) #u =H
3(4
#u 9e= 3/H)4
#u/H) =9e/H)
3'4
#u=H =/H) 9e= 3/H)41 =#u/H) =9e/H) =H
3&24
Di#o"/%i+n 5e ,ine!"e# #/"'/!5o# 5e %obe C!"%o#it! #u=/ 9e= 3/H)41#u/ #u/H) =9e/H)
3&&4 #u/
9e= 3/H)41 #u/H) =9e/H) / 3/H)41 =#u/H) )9e/H) /
3&=4 #u=/ =9e 3&14 Cove"it!
#u/ 9e= 3/H)41 #u/H) =9e/H) /
3&)4
Bonit! #u9e/) D9e= 3/H)41 >#u/H) &19e/H) )/
3&>4
C!"%o$iit! #u9e/= =9e= 3/H)41 #u/H) >9e/H) =/ Acción de los lixiiantes con los componentes de la ganga
3&D4
Piit! 0(eS2 @o es atacada ni por ácido sulf"rico ni en mezclas con sulfato férrico.
Piotit! 0(eS /e disuele fácilmente en medio de ácido sulf"rico con sulfato férrico.
A#eno$it! 0(eA#S8 /e disuele menos fácilmente con los anteriores lixiiantes.
Li,onit! 02(e2O6.62O 9ácilmente soluble en ácido sulf"rico .
2.. (ACTORES 9UE IN(LUYEN EN LA LIIVIACIÓN DE -INERALES DE COBRE La lixiiación de cobre depende de diersos factores ue también son comunes en otros metales.
N!t/!"e4! 5e" ,ine!" La lixiiación depende de las propiedades físicas y uímicas del mineral.La naturaleza de la ganga, también influye decisiamente. /i es muy calcárea 3mayor de &2N4, el consumo de ácido se $ace antieconómico, o si es muy silicosa es muy rebelde al ataue del disolente.
T!,!o 5e $!t&%/"! El ob-eto de triturar el mineral antes de la lixiiación, es desde luego facilitar el contacto del disolente con el mineral, así como la separación posterior del solente en un tiempo razonable. La granulometría del mineral está en función de5 •
El tipo de mineralización.
•
!orosidad del mineral.
•
9orma de distribución del mineral.
•
!orcenta-e de finos producidos en el c$ancado.
Los minerales densos se lixiian más lentamente ue los porosos. M los minerales de grano fino por lo general se lixiian me-or ue auellos ue tienen grano grueso. /i el mineral es muy poroso no necesita ser de grano fino.
Con%ent!%i+n 5e" 5i#o"vente Es otro factor importante ue a a incidir en el costo del proceso. !or lo tanto, es ital encontrar el consumo óptimo de ácido para cada etapa del proceso. !ara elegir tanto la concentración de la solución como
el disolente ue se a a utilizar, es cuestión de buscar el euilibrio de algunos factores.
Tie,$o 5e %ont!%to El tiempo de contacto es un alor muy importante, especialmente cuando se lixiian sulfuros cuya solubilidad es lenta. eneralmente el Otiempo
de
contactoP se refiere tan solo al tiempo durante el cual el mineral está en contacto con el líuido lixiiante recién preparado. #ada etapa llea un control de tiempo dependiente de las ariables ue coexisten en el proceso y orientado a lograr la máxima recuperación en el menor tiempo posible.
Te,$e!t/! 5e" 5i#o"vente La temperatura es importante, puesto ue la solubilidad de los sulfuros de cobre aumenta considerablemente cuando se aumenta la temperatura del disolente agregado.
P La acidez de la solución es muy importante para los posteriores procesos de recuperación del cobre, el p de la solución debe estar entre &,( y =
Cin)ti%! 5e "! "i@ivi!%i+n La elocidad con ue se llega al estado de euilibrio de una fase, inolucrada en un proceso de un determinado elemento se denomina cinética.
En cinética se acostumbra a distinguir a dos tipos de reaccionesI $omogéneas y $eterogéneas. El primer término se refiere a reacciones ue ocurren dentro de una sola fase, es decir, entre las moléculas de un gas o en una solución.
Fna reacción se denomina $eterogénea si $ay más de una fase inolucrada. !or e-emplo, la corrosión de un metal, disolución de un mineral o precipitación de un metal con $idrogeno puede incluir difusión en una solución.
En un sistema cinético comple-o el progreso de la reacción puede seguirse ya sea midiendo la elocidad de desaparición de reactios o la elocidad de aparición de productos. La cantidad de cada uno dependerá de la esteuiometria global de la reacción. Esto se puede expresar me-or en términos de la elocidad racional r r ue es la elocidad de aparición o
desaparición
de un componente dado diidido por su coeficiente
esteuiométrico. ;eacción general5 aA
+
bB
+
cC + dD
rr
=
dn A a
= b
dn B
=− =− dnC
dn D
(1)
d
c
En general, para reacciones $eterogéneas la etapa controlante de la elocidad puede ser una sola o una combinación de las siguientes etapas5 a.
sólido. b.
;eacción de los reactios en o con la superficie sólida.
c.
d.
/i la reacción produce un sólido o de-a un residuo sólido poroso $ay
dos etapas adicionales ue son5
Di'/#i+n F!%i! "! #/$e'i%ie 5e" #+"i5o. Básicamente la difusión es un proceso ue tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. La fuerza impulsora es el gradiente de concentración dentro de la fase, y la concentración en todo instante está relacionada con la coordenada de difusión, el gradiente de concentración y la influencia de la concentración y temperatura en el coeficiente de difusión. La primera ley de 9ic para la difusión es5 J
= − D
∂C
(2)
∂ x
área disponible para la reacción.La expresión cinética general para una reacción de primer orden se escribe5 dn
(3)
= − ACK 0 K
dt
Con#i5e!%ione# $e"i,in!e# Aun cuando la lixiiación por agitación
es una tecnología ue presenta
características muy positias para la recuperación de especies solubles, nunca debe olidares ue $ay otras técnicas alternatias ue no pueden pasarse por alto. 8omar a prioridad una decisión en faor a la lixiiación por agitación puede constituir un error de grandes proporciones. !rácticamente lo "nico ue podría afirmarse con certeza es ue ella aenta-a a la lixiiación en percoladores y por agitación, por razones de me-or recuperación.
La decisión en faor de la lixiiación por agitación solo puede adoptarse luego de análisis basado en el comportamiento metal"rgico de la mena, determinado ex$austiamente en pruebas de laboratorio, ue deberá clasificar el proceso metal"rgico completo necesario para obtener el máximo de recuperación y determinar cuáles son los costos asociados a las diersas etapas.
Las pruebas metal"rgicas deberán ealuarse principalmente5 •
;elación5 grado de c$ancado s recuperación, cinética
•
;elación5 consumo de reactios s recuperación y concentración de reactio.
•
nfluencia y condiciones de la cinética y recuperación.
•
#oncentraciones de especies en soluciones obtenidas.
•
nfluencia del tama%o de partícula
•
p de traba-o.
•
#ontrol de impurezas y mane-o de descartes y ripios.
•
nfluencia de la recirculación de soluciones tratadas en la planta de
recuperación.
2.. ETRACCIÓN POR SOLVENTES Fna ez ue la solución circula por las pilas o agitación estas llegara a una
concentración de, aproximadamente &2 a &> gramos por litro de #u y
estas soluciones son depositadas en una poza de solución rica,
posa se bombeara a la planta de extracción por solentes. En el proceso global de la extracción por solentes se distinguen tres momentos fundamentales ue consisten en5 &4 El líuido extractante 3fase orgánica4 se agrega a la solución primaria de lixiiación 3fase acuosa4 en un recipiente con agitación turbulenta, y se conecta con el ión metálico, este ión de interés es transferido desde la fase acuosa 3solución de lixiiación4 a la orgánica, a traés de la interface de dos líuidos no miscibles 3Extracción4. =4 Enseguida, este comple-o extractante * ión metálico 3fase orgánica4 es separado de la solución por medio de las piletas de decantación en donde se separan la fase orgánica cargada y la solución primaria ya pobre pero con altas impurezas.
en
cobre
La fase superior corresponde a la capa
orgánica, ue se mantiene allí debido a su menor peso específico.
14 En esta etapa se produce un proceso igual al primero, pero con el ion metálico ue ia-a en sentido contrario. En esta solución secundaria se produce la re extracción. Es decir, el elemento de interés es liberado de la fase orgánica y es nueamente deuelto a la solución, la ue al estar exenta de impurezas es óptima para el proceso siguiente de E:. 3;eextracción o /tripping4.
El líuido ue denominamos SorgánicoS es una mezcla de dos componentes, el extractante 3cognisLix '2'+@4 =2N * =1N y el disolente 3/$ell o oxform4 (2N * ++N. El extractante es el encargado de la captura del cobre y el disolente es el ue permite la separación de las fases.
Estos procesos ocurren en recipientes estanues de 3!;9G4 fibra de idrio reforzada con resina antiácida inilester 3
#ada recipiente contiene básicamente dos partes una de mezcla de fases 3con agitación4 y otro de separación de fases ue es un decantador contin"o con flu-o laminar de los líuidos
9uente5 !ropia
(i3. N<2*VISTA LATERAL DE LOS -E7CLADORES DECANTADORESH CON SU -E7CLADOR DE AGITACIÓN
>=
En la figura =. La !arte superior, de este rebalsa al decantador 3en celeste4, y dentro de este las canaletas de doble entrada para la separación de las fases, en ro-o las copas de rebalse de acuoso, y en fucsia los refuerzos perimetral.
!ara recuperar metales, el reactio orgánico debe reunir arios reuisitos5 •
Extraer el #u selectiamente desde la solución acuosa o !L/.
•
Liberar el #u extraído a una solución acuosa de alta acidez 3electrolito4
•
/er estable en el tiempo de uso.
•
@o inflamable, no tóxico, no cancerígeno.
•
/er soluble en un diluyente de ba-a solubilidad en soluciones acuosas.
gualmente el diluyente debe reunir ciertos reuisitos físicos y uímicos para facilitar el contacto entre las fases acuosas y orgánicas e igualmente la separación de fases luego del mezclado. Estos son5 • /olubilizar
el extractante en estado líuido.
• 8ener
muy ba-a solubilidad de la fase acuosa.
• 8ener
alta temperatura de inflamación.
• /er
estable en un amplio rango de condiciones de operación
Los ob-etios principales de la /7 son5 concentración y purificación.
B!#e# 5e" $o%e#o. La solución acuosa 3fase acuosa4 está conformada por la mezcla de agua con ácido sulf"rico 3con p =4 conteniendo los iones metálicos recuperados en la etapa de lixiiación como son5 cobre, $ierro, aluminio, manganeso, molibdeno,
etc.
A
esta
solución
también
le
llamamos
!L/
3!regnantLeac$/olution4.
La solución orgánica 3fase orgánica4 está conformada por la mezcla de un diluyente 3$idrocarburo de alta pureza4 con un extractante orgánico de cobre.
Et!$! 5e e@t!%%i+n Es la recuperación selectia del #u = por medio de la solución orgánica desde las soluciones acuosas ácidas producto de la etapa de lixiiación 3!L/4 La reacción uímica de esta tapa es la siguiente5
2( HR)
faseorganci a
)
faseacuo sa
+ (CuSO4
)
faseorg ancia
⇒ (CuR2
)
faseacu osa − raff
+ ( H 2 SO4
(5)
#omo podemos notar los iones de cobre de la fase acuosa son intercambiados con los iones $idrogeno disociados de la fase orgánica, de modo ue la fase acuosa empobrecida en cobre, llamada raff, a siendo cada ez más ácida.
Et!$! 5e e;e@t!%%i+n Es la etapa donde el cobre conseguido por la fase orgánica en la etapa de extracción es transferido a una solución acuosa fuertemente ácida 3&(2 gpl4 llamado electrolito descargado. Esta solución aumente su concentración de cobre y es utilizado luego como electrolito cargado para el proceso de electrodeposición. (CuR2 ) faseorga ncia + ( H 2 SO4 ) electrolitopobre → 2( HR) faseorgancia + (CuSO4 )
3D4
En la etapa de re extracción el cobre contenido en el orgánico cargado se re* extrae por acción del alto contenido de ácido del electrolito pobre, resultando así la transferencia de cobre desde la fase orgánica a la fase acuosa, mientras ue el acuoso rico en cobre 3electrolito rico4 se $a
despo-ado del ácido esteuiométricamente euialente al cobre transferidoI La fase orgánica desproista de cobre ue fluye desde el decantador de re extracción se denomina orgánico descargado y se recicla $acia las etapas de extracción para reiniciar el proceso en circuito cerrado.
#omo podemos er en la formula, el cobre de la fase orgánica es intercambiado por el $idrogeno de la fase acuosa electrolítica de manera ue esta aumenta su concentración de cobre y la fase orgánica recupera su ion de $idrogeno y se encuentra nueamente en condiciones de ingresar a la etapa de extracción.
#uanto más ácida la solución y más eficiencia de re extracción del cobre.
alta la temperatura, mayor será la
2..1. P!,eto# 5e" Po%e#o P!,eto# 5e e@t!%%i+n La reacción uímica de intercambio iónico, uno de los parámetros más importantes, ue controla el euilibrio de la reacción o el sentido del desplazamiento de ésta es el contenido de ácido de la fase acuosaI de a$í ue el comportamiento o las características de extracción de cobre de un reactio está regido por la acidez del medio. Lo mismo sucede con arios otros elementos ue ba-o ciertas condiciones de p pueden ser extraídos. !or e-emplo a p = el cobre 34 es fuertemente extraído, el $ierro férrico es débilmente extraído, mientras ue el @i y #o 34 no son extraídos. /in embargo a p T ) los cuatro metales son fuertemente extraídos.
En esta etapa se consideran los siguientes parámetros de operación5 a. #apacidad máxima del solente de cobre. La capacidad máxima depende fundamentalmente de la concentración del extractante 3cognisLix '2'+@4 =2N * =1N y. En el diluyente 3/$ell o oxform4.Ftilizado en las pruebas a (2N * ++N. 4 y el p de la solución acuosa 3p =4.
A mayor concentración de extractante y a más alto p la capacidad será mayor, pero a medida ue aumenta la cantidad de extractante, la separación de las dos fases acuosa y orgánica, se $ace más debido a ue aumenta la iscosidad de la mezcla. b. #oncentración de extractante La ariable concentración del extractante 3en nuestro caso de Lix. '2'+@ en el diluyente es el más importante ya ue esta en relación con el ratio de extracción de cobre.
A una concentración dada, al subir el p del !L/, la capacidad máxima tiende a un límite. c. p de la solución acuosa !L/. El p de la solución acuosa inicial !L/ es la segunda ariable en importancia. A menor acidez 3es decir mayor p4 mayor será la transferencia o extracción de cobre. !udiendo traba-ar en el rango de &.( a =, tomando en cuenta ue más allá del p = el extractante captura otros iones aparte del cobre. d. ;elación de olumen de fase acuosa a olumen de fase orgánica. La relación entre el flu-o de solución acuosa y el flu-o de solución orgánica en el mezclador, tiene su incidencia notoria en la extracción,
uedando demostrado ue cuando menos sea el flu-o de solución orgánica, más ba-a será la extracción. La relación HKA debe ser de &K&.
e. 8iempo de mezclado. El tiempo de mezclado es otra ariable de consideración ue influye en la mayor o menor extracción del ion cobre. #orrespondiendo una mezcla promedio de 1 minutos por etapa. El tiempo se determinara de acuerdo al dise%o de las celdas y a las pruebas de laboratorio.
f. 8iempo de separación de fases El tiempo de retención en el separador de fases 3sedimentador4 es también de consideración, ya ue con tiempos de retención adecuados se logra separar totalmente las fases, eitando de esta manera los atrapamientos de orgánico y acuoso. g. #ontinuidad de fase. /e llama continuidad de fase a la predominancia de una de las fases en la relación de mezclado si existe la predominancia de orgánico la continuidad es orgánica y si existe predominancia de fase acuosa la continuidad es acuosa. La continuidad de fase deseada se obtiene manteniendo el flu-o de esta ligeramente más alto ue el flu-o de la otra
fase. En una continuidad acuosa se logra una separación de fases más rápida y se eita los atrapamientos de acuoso en el orgánico cargado. Esta continuidad es de poca iscosidad y coloración más clara y también se caracteriza por su alta conductiidad eléctrica. $. Banda de dispersión o interfaces acuosoKorgánico. Jona donde se produce la separación de las dos fases en el sedimentador. Auí la emulsión proeniente del mezclador se rompe y el orgánico se filtra a traés de la banda, mientras ue el acuoso ba-a a su fase.
Es aconse-able ue esta interface tenga el espesor mínimo posible y se ubiue siempre en el niel medio del sedimentador.
P!,eto# 5e e e@t!%%i+n a. ;elación HKA en mezcladores. La relación entre el flu-o de solución acuosa electrolítica y el flu-o de solución orgánica extracción.
en
el
mezclador,
tiene
también incidencia notoria en la re
b. 8emperatu ra del electrolito . La temperatura del electrolito influye decisiamente incrementando la eficiencia de la re extracción de cobre y a la ez ue acelera la separación de las fases de esta etapa, influyendo indirectamente en forma similar en la etapa de extracción, siendo recomendable entre 121 . y 12( . c. #ontenido de cobre en la solución electrolítica de reextracción. El contenido de cobre en la solución electrolítica debe ariar entre 1> a )2 gpl aproximadamente para no restarle acidez 3concertación de ácido libre4 al electrolito y pueda despo-ar al orgánico cargado la mayor cantidad de cobre. d. #ontenido de ácido sulf"rico en la solución de re extracción. #uanto más ácido libre tenga el electrolito, mayor será la eficiencia de transferencia, pudiendo conserarse la acidez libre en &+2 gpl. e. 8iempo de mezclado. Al igual ue la etapa de extracción. El tiempo de reacción o agitación de las fases es de 1 minutos aproximadamente por etapa, para asegurar una buena eficiencia de reextracción y obtener un orgánico descargado con menor cantidad de cobre.
f. /eparación de fases. A traés de un control min"sculo de la relación HKA, altura de orgánico en el separador y una menor banda de dispersión debe conseguirse una buena separación de fases orgánicas y acuosas, controlando los atrapamientos de orgánico y acuoso. g. #ontinuidad de fases. /e debe tener el mismo criterio de la etapa de extracción. En etapa
la
de reextracción es aconse-able traba-ar en
continuidad orgánica. $. Banda de dispersión o interface acuosoKorgánico. /e debe tener en cuenta el mismo criterio de la etapa de extracción.
Pin%i$!"e# e/i$o# o in#t!"!%ione# 5e "! $"!nt! S •
Laguna de almacenamiento de solución de !L/.
•
?ezcladores.3mixers4.
•
•
Gertederos.
•
Estanues coalescedores.
•
Estanue pulmón solución orgánica.
•
Estanue pulmón solución refino.
•
Estanue pulmón solución electrolito rico.
•
Estanue pulmón solución electrolito gastado.
•
Estanue colector de borras.
•
Estanue de agua de laado de filtros.
•
#eldas columnares.
•
9iltros de electrolito.
•
Estanue para solución de las borras.
•
9iltro para tratamiento de orgánico con arcilla.
•
ntercambiadores de calor electrolitoKagua caliente.
•
#entrifuga para tratamiento de borras.
•
Estanue de almacenamiento de orgánico contaminado.
•
Estanue para tratamiento de borras.
(/n%ione# 5e "o# e/i$o# e in#t!"!%ione# $in%i$!"e# •
Lagunas de almacenamiento de soluciones de lixiiación !L/5 Están
destinados a recepcionar las soluciones producidas en la lixiiación 3adecuada capacidad. En su dise%o debe considerarse la decantación de sólidos, tiempo de residencia y la alimentación por
graedad al proceso de /7 ue es una alternatia económicamente interesante, pero ue depende de la topografía del terreno. •
?ezcladores5 /on cámaras de mezcla para producir el contacto intimo
y el intercambio o transferencia uímica. 9actores ue tienen incidencia en la performance de estos euipos son5 tiempo de residencia,
elocidad
de
agitación, sólidos en suspensión contenidos, ingreso de aire, razón de fases, continuidad de fases. •
produzca la coalescencia o la separación de ambas bases por el efecto de la fuerza graitacional, debido a la diferencia de densidades. 9actores a considerar en el efecto de coalescencia son5 flu-o especifico, banda de dispersión, elocidad de desplazamiento, tiempo de separación de fases, altura de fases. •
Gertederos5 /on las canaletas ubicadas al final de los decantadores,
para recibir por rebase las fases ya separadas. Los atrapamientos de una fase en la otra se deben controlar en éstosI Auí se muestra para determinar atrapamientos y para $acer determinaciones analíticas para efecto de balances. •
#oalescedores5 /on estanues rellenos con material organofílicos, en la
forma de irutas, filamentos o mallas ue facilitan la separación
orgánicoKacuoso 3coalescencia4 para lo cual se $ace pasar la corriente de orgánico del circuito, produciendo la separación y decantando el acuoso arrastrado ue se retira ía drena-e ue poseen estos euipos. •
Estanue pulmón de solución orgánica5 Estanue
receptor
de
la
solución orgánica cargada ubicado al final del circuito, sire depulmón para el bombeo de uelta al proceso. ;euiere tener dimensiones ue permitan un tiempo de residencia para coalescer al máximo del acuoso arrastrado por atrapamiento. •
Laguna de almacenamiento de solución refino5 ;eceptores de todo el
refino efluente del proceso /7, pulmón para el bombeo de la solución ue retorna a la lixiiación. •
/e reuiere ue tenga dimensiones adecuadas para asegurar la
operación sin interrupciones de las pilas y para coalescer el orgánico arrastrado. /e debe considerar bomba flotante auxiliar u otr os euipos para captar y recuperar el orgánico acumulado en la superficie. •
Estanue pulmón de solución electrolito rico5 ;ecepciona, almacena y
sire de pulmón para el bombeo del electrolito rico producido, $acia los circuitos de limpiezaI en su superficie puede eentualmente
producirse acumulación de solución orgánica, cuya recuperación debe considerarse. •
Estanue pulmón de solución de electrolito gastado5 ;eceptor de las
soluciones ue retornan del proceso de electrólisis y ue en parte se mezcla con electrolito rico para constituir la mezcla ue alimenta las celdas, la otra parte se bombea al proceso de /7. •
Estanue colector de borras5;ecepciona y acumula las borras
retiradas desde los decantadores para su enío $acia los euipos de tratamiento, para la recuperación de la solución orgánica. •
Estanue de agua de laado de filtros5
Es un pulmón de agua de buena
calidad para realizar el retro * laado de los lec$os filtrantes, con el fin de remoer los sólidos y el orgánico retenido. •
#eldas columnares5 #eldas
para
flotar
con
aire
el
orgánico
arrastrado en la solución electrolito rico, generalmente se usan como complemento preliminar para me-orar la eficiencia de los euipos de filtración. •
9iltros de electrolito5 9iltros duales con lec$os de granate y antracita, ue
tienen la finalidad de retener las partículas de orgánico y sólidos en suspensión para disponer de un electrolito tan limpio como sea posible para alimentar las celdas de electrodeposición.
•
Estanue para sólidos de las borras5 Acumula los sólidos resultantes de los
tratamientos tratamientos de las borras para recuperar solución orgánica. orgánica. Los sólidos generalmente se descartan como material inserible. •
9iltro para el tratamiento del orgánico con arcilla5 9iltro ue opera con
un ueue de arcilla y ue restituye las propiedades de separación de fases de la solución orgánica, ue se $a contaminado con productos de degradación o con sustancias tenso*actias. •
ntercambiadores
de
calor
*
ElectrolitoKagua
caliente5
Euipo
destinado a transferir calor desde agua caliente al electrolito ue a a la electr electrode odepos posici ición ón para para acondi acondicio cionarl narlo o térmica térmicamen mente te para para el proces proceso o de electrólisis. •
#entrifuga para el tratamiento de borras5 ;eactor donde se realiza la
ruptura ruptura de crudo crudo median mediante te acción acción centrif centrifug uga, a, para para recupe recuperar rar la soluci solución ón orgánica contenida. •
Estanue de almacenamiento de orgánico contaminado5 ;eceptor de
orgánico ue reuieren de acondicionamiento antes de retornar al proceso.
Conto" 5e" $o%e#o. En un proces proceso o de /7KE: /7KE: no se reuie reuiere re excesi excesia a instrum instrument entaci ación, ón, pero es imperatio imperatio contar contar con contro controll automátic automático o de ciertas ciertas ariables ariables,, ya ue
$ay
arias corrientes de líuido interactuando ba-o ciertas condiciones de relación de fases, tiempo de residencia, residencia, flu-os específicos específicos y elocidades de desplazamiento, ue deben configurar un sistema estable y eficiente.
La instrumentación instrumentación reuerida es de dos tipos5 para mantener mantener determinado determinadoss caudales caudales y para preenir desestabiliz desestabilizacion aciones es las cuales generalmente generalmente an conectadas a alarmas. El control de los adecuados caudales en la nae electrolítica es esencial, ya ue por e-emplo flu-os insuficientes de electrolitos frescos en las celdas producirían caída de concentrac concentración ión de cobre y esto se traduciría traduciría en pobre calidad calidad catódica.
2.1. ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE E"e%to;obten%i+n El electrolito limpio 3solución acida de sulfato de cobre4 $ec$o a partir de agua de osmosis y ácido sulf"rico, proeniente de la "ltima etapa de la extracción por solentes solentes es transp transportado ortado por bomba centrifuga centrifuga $asta las celdas celdas de electro electro obtención, con una concentración entre )2 a>2 gramos por litro de cobre
/umergidas /umergidas dentro de estas celdas celdas están las placas 3cátodos4 3cátodos4 en donde se deposita el metal 3#u4 de la solución. La solución circula de estas celdas estancas estancas al depósito depósito de electrolito electrolito circulante circulante permanentemente permanentemente entrando solución de alta concentración y saliendo solución pobre de cobre de aprox. 1> gramos por litro.Esta solución pobre uele a la etapa de extracción a recoger más cobre, repitiéndose repitiéndose la operación. operación. Los cátodos están listos para ser retirados en un periodo aproximado de D a + días dependiendo de la intensidad de corriente aplicada, aplicada, la capa de cobre formada sobre los cátodos de acero inoxidable, deben ser aproximadamente de 1 mm de cada lado, debiendo pesar unos )> Rg cada cara.
/obre las = celdas electrolíticas se encuentra un puente gr"a ue leanta y retira los cátodos para el despegue manual del cobre y luego oler a colocar los cátodos permanentes para cumplir un nueo ciclo.
2.1.1. De#%i$%i+n Gene!" 5e" Po%e#o El proceso de electro obtención de cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de minerales oxidados y mixtos de cobre, ue contempla las siguientes operaciones unitarias5 •
#$ancado.
•
Lixiiación por agitación.
•
Extracción por solentes.
• •
6rea de tanues 3894 Electrodeposición de cobre.
El ob-etio de la "ltima etapa del proceso es producir cátodos de cobre de eleada pureza. !ara lograr este ob-etio, el licor procedente de la etapa de lixiiación es purificado y concentrado en cobre en la planta de extracción por solentes y se conduce a una batería de celdas de electrodepositación donde se producen los cátodos de cobre con una pureza de '',''N. En la nae de electrodeposición, las celdas
electrolíticas se encuentran conectadas al rectificador de corriente mediante un enclaamiento eléctrico paralelo. La tecnología actual contempla el uso de cátodos permanentes de acero inoxidable 1&DL y ánodos laminados de una aleación !b*#a*/n. El electrolito proeniente de /7, y ue ingresa a las celdas de E: de cobre presenta por lo general la siguiente composición uímica5 #obre 6cido 9e total 5 #loruro ?n
5 )2 0 >2 5 &>2 0 &(2 2,> 0 &,> 5 U 12 5 12 0 (2
gpl gpl gpl ppm ppm
Aditivos: Guartec
: 150 – 300 g/t Cu
Sulfato de cobalto: 100 – 150 g/t
Las condiciones de operación en una planta de electro deposición ue utiliza tecnología de cátodos permanentes. TABLA VIII* VARIABLES GENERALES DE OPERACIÓN EN E.
5 5 5 5 5 5 5 5
&22 0 =>2 AKm = seg"n dise%o. conencional '2 0 &&2 mm + días mínimos. 1&1,&> 0 1=&,&>R D mm acero inoxidable 1&DL 1
B!#e# e"e%to/&,i%!# = t)%ni%!# 5e" $o%e#o Al pasar la corriente prooca la deposición de cobre en el cátodo, mientras en el ánodo se descompone el agua dando lugar a burbu-as de oxigeno H = e iones ue a su ez originan =/H).
TABLA I* REACCIONES ELECTRO9U:-ICAS PREDO-INANTES EN EL PROCESO DE ELECTROOBTENSIÓN SON*
;EA##H@E/
GV 3oltsKE/4
En el cátodo5 #u= =e W #u
2,1)
9e1 e W 9e=
2,++
En el ánodo 5 =H W X H= = =e
&,=1
9e= W 9e1 e
2,++
;eacción global5 #u= /H) =H **
= ) 9uente5 !ropia
/H
**
#uV
X H= *2,('
Las reacciones electrouímicas secundarias ue también pueden tener lugar en los electrodos son principalmente las siguientes5 TABLA *RESU-EN DE -ETODOS DE LIIVIACIÓN DE -INERALES
;EA##H@E/
GV 3oltsKE/4
En el cátodo 5 = =e W =
2,22
En el ánodo *5 !b /H) W !b/H) =e !b= ==H W !bH= ) =e ?n= )=H W ?nH) ( >e * =#l* W #l= =e #o= W #o1 e
*2,1D &,)D &,>& &,1D &,D=
9uente5 !ropia
Asumiendo ue el potencial de celda está comprendido entre &,( y =,= ., desde un punto de ista termodinámico prácticamente todas las reacciones indicadas pueden ocurrir sobre los electrodos.
#abe se%alar ue la sobre tensión anódica está comprendida en un rango de potencial na W 2,) 0 2,D y la sobre tensión catódica nc W *2,&22 0 3*2,2>4 . !or otra parte la caída ó$mica en el electrolito RI W 2,) 0 2,D . /e considera también por perdida en los contactos 2,& .
Cin)ti%! 5e Re!%%ione# La elocidad de reacciones depende de las condiciones de operación y de la actiidad catalítica ue presenta cada electrodo. !or otra parte en el seno del electrolito pueden ocurrir reacciones de óxido 0 reducción. Estas reacciones dependen de la naturaleza y de la concentración de las impurezas ue se encuentran presentes en solución. En condiciones normales de operación, la cinética de las reacciones de electro deposición de cobre y de desprendimiento de oxigeno son controladas por transferencia de carga eléctrica. El depósito catódico tiende a crecer en base a cristales orientados en el campo, de tama%o adecuado con textura de con-unto y sin macro porosidades 3deposito tipo 8# en la clasificación de 9is$er4.
/in embargo la calidad del depósito catódico depende de arios factores, en los ue destacan entre otros, la erticalidad de los electrodos, la distribución de corriente en el electrodo, la concentración de aditios y lo $omogéneo de la distribución de iones c"pricos disponibles para la reacción.
2.1.2. C!!%te&#ti%!# 5e" Di#eo 5e E"e%to5o# = Ce"5!# El cátodo permanente se compone de tres elementos básicos5 la planc$a del electrodo, la barra de suspensión y las fran-as protectoras. •
La planc$a de electrodo es de acero inoxidable 1&DL5 El acero inoxidable
1&DL es un acero austenitico de ba-o contenido de carbón, con elementos metálicos aleantes ue contribuyen a me-orar las propiedades del acero inoxidable en medios en el ue es susceptible de ocurrir corrosión localizada5 corrosión intergranular, por picado y caernosa. Los elementos de aleación son los siguientes5
D*(N
#r
&2*&)N
@i
=*1N
?o
La superficie de la planc$a de acero inoxidable 1&DL se encuentra cubierta con una fina película de óxido de cromo, transparente, muy ad$erente y conductora electrónica. #omo elemento catódico en electroobtensión y electro refinación, es asiento para la reducción de iones c"pricos y otras reacciones parásitas. El espesor de la planc$a es de 1 0 1,1 mm y la terminación superficial es estándar =B, con una rugosidad superficial controlada conforme a normas /H ;& 12=. Las dimensiones en general mantienen una configuración de &m x &m con un sobre tama%o con respecto al ánodo 312 0 >2 mm4 en todas las aristas sumergidas. !ara el mane-o de los electrodos con la gr"a en la nae, los cátodos poseen ganc$os soldados a la barra soporte o entanas simétricas en la parte superior de la planc$a. •
La barra soporte puede ser de cobre o de acero inoxidable de ba-o contenido
de carbono soldada a la planc$a del electrodo. La soldadura es de punto, de alta resistencia mecánica y no altera la estabilidad dimensional de la planc$a.
!ara obtener la conductiidad eléctrica necesaria, la barra de suspensión tiene una capa de =,> mm de espesor de cobre de alta pureza y conductiidad •
Las fran-as protectoras impiden ue el cobre penetre y se deposite en los
bordes del electrodo. Las cubre-untas son de !G# y se fi-an a la planc$a con pasadores de plástico. El borde inferior de electrodo se de-a libre para el normal despegue del depósito catódico de cobre en cada cara. En algunos casos es necesario cubrir la base del cátodo con una cera de eleado punto de fusión 31D1,&>R4 o simplemente con una cobre -unta igual a las utilizadas en los bordes. •
6nodos5 Los ánodos son de una aleación de plomo, calcio y esta%o for-ados
en frío presentando enta-as como5 son dimensionalmente más estables en densidades de corriente altasI la corrosión es delgada y uniforme y permite el uso total del espesor del ánodoI la soldadura entre la barra de suspensión y la planc$a ofrece una diferencia de potencial menor y a$orra electricidad.
2.1.6. P!,eto# O$e!%ion!"e# = (!%toe# 5e" Po%e#o. Las condiciones de operación ue se recomienda para garantizar la larga ida "til del cátodo, eficiencia operacional, flexibilidad operacional, facilidad en el desmonta-e del cobre, pureza del depósito, entre otros son las siguientes5 •
#ontenido de cobre5 La planta debe operar con un contenido no menor de 1>
gpl de cobre. /i el contenido ba-a de este alor, la calidad del cobre catódico se deteriora y en consecuencia $abrá un mayor contenido de azufre en el depósito. La presencia de más de >2 gpl puede proocar la f ormación de cristales de cobre en las tuberías y pasiación de los ánodos. •
#ontenido de ácido5 &>2 a &(2 gpl5 /i la concentración pasa de los &(2 gpl
la corrosión del ánodo es mayor, es necesario incrementar el líuido del electrolito. /i $ay menor de &>2 gpl el cobre catódico depositado será blando y difícil de desmontar. 8ambién reduce la conductiidad del electrolito y por consiguiente aumenta el costo de electricidad. •
#oncentración de cobalto &22 a &>2 ppm 3si el contenido de ?n en el
electrolito es alto4/i la concentración de cobalto ba-a de &22 ppm el
sobre*potencial del ánodo aumenta. ;educe la resistencia a la corrosión del ánodo de plomo y por tanto su ida "til. •
#loruros #l* menos de 12 ppm5 /i el niel cloruros sobrepasa 12 ppm,
reisar el niel de cloruros en la solución del electrolito y !L/. En esta concentración se incrementa la posibilidad de picaduras del acero inoxidable del cátodo, por lo ue el deslaminado se $ace difícil. •
Hrgánico 2 ppm5 El orgánico ue está presente en el electrolito de la planta
electrolítica puede afectar la distribución del depósito de los cristales de cobre por lo ue resulta un deposito uebradizo con mayor cantidad de impurezas. El orgánico se ad$iere a las planc$as de acero inoxidable y el resultado será una uemadura orgánica ue produce una pobre presencia del cátodo de cobre. •
ierro 2,> a &,> gpl5 el niel de operación del $ierro en el electrolito depende
de la cantidad de $ierro transferida a traés de la extracción por solentes. En la medida ue aumenta el $ierro en el electrolito disminuye la eficiencia de corriente y en cierto grado me-ora la calidad del cátodo. /in embargo, si el cátodo es de ba-a calidad el $ierro será atrapado, lo ue lleara a un aumento de impurezas del depósito. •
9lu-o de celdas5 ?antener siempre el caudal del electrolito dentro de una
celda tan alto como sea posible, pero de acuerdo al dise%o
máximo. /i la solución ba-a
más allá de dic$o niel, la calidad del depósito
catódico se puede deteriorar, y $ay más posibilidad de ue el electrolito disminuya a menos de 12 gpl. •
;eactio uartec5 &>2 a 122 gKt #u catódico5 Las tasa de adición son
específicas para cada planta. #uando se agrega el electrolito, este reactio puede ayudar como agente suaizante para lograr un buen deposito de cobre a alta densidad de corriente y a ba-a temperatura del electrolito. •
corriente de =(2 a 122 AKm = se puede obtener cobre catódico de buena calidad en condiciones constantes de operación. La influencia de otros factores 3temperatura, contenido de cobre y flu-o de celda4 se $ace crítica. •
8emperatura de la celda 1&1a 1=&R5 Es importante mantener la temperatura
tan constante como sea posible para minimizar el desprendimiento de óxido de plomo en el ánodo •
Fna temperatura menor de 12 puede dar como resultado un grano más
grueso y por consiguiente cobre catódico de menor calidad. Fna temperatura mayor de 1=&R puede degradar el orgánico en la planta de extracción por solentes.
2.1.8. Con#i5e!%ione# Gene!" 5e" Po%e#o 5e E 5e Cobe.
Neb"in! %i5!. Las plantas de electro deposición generan una neblina ácida producto de la reacción de oxidación del agua en el ánodo. Los mecanismos utilizados para el control de emisión de la neblina ácida se basan en el empleo de un manto de bolas de polipropileno 3= o más capas de polipropileno de &= 0 =2 mm4 o BBY/ ue son extrusiones plásticas de 1 a> mm con las ue se forma capas sobre el electrolito de las celdas de E: para contener la neblina ácida.
9/e,!5o o3ni%o. El uemado orgánico es una mezcla de cobre fino y orgánico ue se co* deposita en el cátodo. El orgánico arrastrado en el electrolito de aance, permanece en la superficie de la solución y se ad$iere a las placas de acero inoxidable en el momento de ser cargadas a la celda. En general, el orgánico se remuee del electrolito de aance a la planta de E.H. en celdas de flotación en columnas o en celdas Qamson y posteriormente se filtra la solución en filtros de sólidos finos. La concentración de orgánico en el electrolito de la planta de E.H. no debe sobrepasar de 12 ppm.
+2
Cu Impurezas + H débil
RH (descargado)
Cu+2 (Puro y concentrado)
AGUA
%
SX
MINERAL
LIXIVICI!
Cu
R""X#RACI!
"L"C#R $#"!CI!
"X#RACCI!
C&'odo de al'a pureza ACIDO
SULFURICO
+2
Cu (débil) + H maor Impurezas
R 2 Cu (cargado)
9uente5 Gilcosac /;L
(i3. N< 6* CUADRO ES9UE-KTICO DEL PROCESO GENERAL.
+2
Cu ("*) + H (al'a)
En el grafico
se puede er el esuema de los circuitos de calentamiento y enfriamiento del
electrolito debido a ue
el proceso de reextracción en la etapa de /&, se realiza a temperatura
ambiente, entre ='( R. y 121 R.y el proceso electrolítico, entre 1&1 R. y 1&( R., el cual también es exotérmico. !or eso para optimizar los procesos los flu-os se calientan y se enfrían en euipos de transmisión de calor de placas con flu- os cruzados
Fuente: Propia
(i3. N< 8* CUADRO ES9UE-KTICO DEL INTERCA-BIADOR DE CALOR.
9uente5 !ropia
(i3. N< ?* CUADRO ES9UE-KTICO DE ELECTRODEPOSICION.
CAPITULO III TA-AO DEL PROYECTO
6.1. C!$!%i5!5 5e Po=e%to El proyecto tiene la capacidad de instalar un área de lixiiación por agitación , con el espacio suficiente para el transporte, acarreo, conminusion del mineralI un área de pozos de retención de !L/ y ;A99I un área de extracción por solentes, ue cuenta con un tren de 1 etapas de extracción y & de re*extracciónI un área de electro* obtención, con capacidad de &2 celdas electrolíticas y un total de $asta &= cátodos por celdaI y un área de patio de tanues, donde se encuentra los reactores pulmones de todos los flu-os presentes en el proceso, reactores como filtros, plata de osmosis inersa , planta de borras ,columnas de recuperación de orgánico, intercambiadores de calor, tanues de almacenamiento y adición de aditios para el proceso como es5 sulfato ferroso, guartexs , sulfato de cobaltoI además tuberíasI un área específica donde se tiene y almacena ácido sulf"rico
concentradoI un área de rectificador eléctrico, transformadores y control eléctricoI
laboratoriosI
talleresI
almacenesI
maestranzaI
salón
de
entretenimiento y iienda de staff
6.2. C!$!%i5!5 Di#e!5! La !lanta ?etal"rgica está dise%ada para la producción de cobre de 1D2 tKa%o a una densidad de corriente de =22 AKm= pudiendo aumentar la producción $asta )22 tKa%o de cobre seg"n se incremente la densidad de corriente $asta =>2 AKm=. Este incremento seria seg"n determinación metal"rgica ba-o condiciones adecuadas.
El proceso cuenta con cuatro etapas fundamentales. •
Lixiiación por agitación 3L74
•
Extracción por solentes 3/74
• •
6rea de tanues 3894 Electrodeposición. 3E:4
&&&
CAPITULO IV
ESTUDIO TMCNICO 8.1OBJETIVO DEL ESTUDIO TMCNICO En el estudio técnico se desarrolla el dise%o de la planta industrial de L7*/7* E:, para una capacidad de 1D2 t. cátodoKa%o, con la posibilidad de realizar una ampliación a futuro, determinando también el capital $umano de traba-o necesario.
8.2PRUEBAS -ETALRGICAS Las pruebas metal"rgicas realizadas a niel de Laboratorio fueron en lixiiación y en extracción por solentes.
!ara las pruebas de lixiiación, se tuo ue realizar en base a asos agitados para poder determinar el consumo de ácido, la ley en cobre del mineral y posible contenido de impurezas como el $ierro principalmente. /e pudo aproec$ar también el determinar las características físicas del mineral. !ara las pruebas de extracción por solentes se
escogió un tipo de extractante adecuado, seg"n los fabricantes, para el tipo de mineral ue nosotros tenemos. El reactio es el extractante 3cognis4 Lix '2'+@. En las pruebas de /7 en laboratorio se utilizó como diluyente el oxform /7 (2 com"n, obteniendo buenos resultados.
8.6. PRUEBAS DE LIIVIACIÓN Con#i5e!%ione# Pe"i,in!e# !ara las primeras pruebas en asos agitados se considera la buena calidad del mineral y su contenido de cobre, así como también, el contenido de carbonatos ue, en este caso son consumidores de ácido sulf"rico. El porcenta-e de ácido en solución será del > N.
-eto5o"o3&! /e aplica las pruebas en asos agitados y luego, conociendo el comportamiento del mineral se $ará la lixiiación en columnas.
V!i!b"e# 5e" $o%e#o 5e "i@ivi!%i+n Las ariables a considerar son5 • • • • • •
!eso de muestra ranulometría #oncentración de ácido !orcenta-e de sólidos 8iempo de agitación Gelocidad de agitación
5 5 5 5 5 5
)22 g. m *&22 >N 12N ) $. D22 rpm
C!!%te&#ti%!# 5e" ,ine!" ?ineral oxidado de cobre, carbonatos de tipo malauita, azuritaen su mayoría.
Po$ie5!5e# '&#i%!# 5e" ,ine!"
5
&,>= gKml
Angulo de reposo
5
)2V
Ley de cobre total
5
D,(D N
Ley de cobre soluble 5
D,2(> N
N de $ierro
5
An"i#i# /&,i%o 5e" ,ine!"
2,=D N
Con#/,o 5e %i5o El resultado final del consumo de ácido fue de (>,1' Rg por tonelada de mineral.
&&)
CAPITULO V
INGENIERIA Y DISEO DE PLANTA LI;S;E
?.1. INTRODUCCIÓN* Los aspectos de ingeniería son de suma importancia para el dise%o y construcción de la ?ini * planta de L7* /7*E:. Este proyecto tiene por ob-etio el dise%o y construcción de una planta con un sistema continuo de lixiiación, extracción por solentes, complementando con un proceso de electrodeposición.
?.2. PRODUCCIÓN PROYECTADA*
?.6. -ATERIAS PRI-AS ?ineral de cobre oxidado 3cuprita, malauita, crisocola4 > a 'N #u. ácido sulf"rico 3=/H) 4 '( N .
Agua desmineralizada 3T=22 ppm #l43la cual es producida en la planta H. .4 agua industrial 3para el proceso de lixiiación4
?.8. DESCRIPCIÓN DEL -ODELO DE PROCESA-IENTO A continuación se detallaran los pasos del modelo de producción ue adoptaremos para el proyecto describiendo los femémonos físicos* uímicos ue suceden en el proceso y las mauinas ue están inolucradas y luego se presentaran los cálculos ue se reuirieron para dimensionar la mauinaria a emplear. El dise%o de un circuito de lixiiación por agitación,extracción por solentes, área de tanues 3894 y electro*obtención se realiza durante la fase de ngeniería conceptual del proyecto, siendo reisada durante las fases de ngeniería básica y de detalle.
CONSU-O DE AGUA PROCESO TOTAL
VOLU-EN TOTAL CONSU-O DE AGUA 9uente5 !ropia
1
2
m Kdía
8
m Kmes
1
&&' -ine!" en B!#e Se%! #átodos 38onK?es4 6H
#obre 9ino reuerido en ?ineral 38on4
;ecuperación lobal 3N4 GI>
66
#u Ley
9lu-o de ?ineral tonKmes
3N4 DHI>
81D
#iclo de Lixiiación, 3orasK;eactores4 6
?ineral en !roceso de Lixiiación, ton 81G
Altura del ;eactor 3m4 2H?
SE"e%to;obten%i+n 8ransferencia de #oncentración #u #u en /7 gK$ en Electrolito ;ico, gKl
82
8?
9lu-o !L/ a /7 #onc. Hrgánico 3N4 m1K$ 1H
22>
#oncentración #u #orte de #u en Electrolito ;e extracción gKl !obre, gKl 82
9lu-o Electrolito #oncentración #u !obre m1K$ en !L/ gKl
6
2H6
8ransferencia @eta gKl #u x &N ;azón HKA Extracción K reactio IH66?
28
9lu-o de Hrgánico m1K$
1H1
1HG
GI
#u en Hrgánico #argado 3gKl4 H6D
Eficiencia en /7 Extracción N
EJ
6
Acido E: BgsKt. ?ineral
26H1
#oncentración #u en ;efino gKl IH
#u en Hrgánico #orte de #u en ;azón HKA ;e*
Con#/,o 5e A%i5o en P"!nt!H Ton,e# Li@ivi!%i+n
#orte #u Extracción gKl
Tot!"H A%i5o Neto
#onsumo ton ácidoK?es tonKmes 6 2H?1
H82
1H?2
?.. BALANCE DE -ASA PROYECTADA ?..1. BALANCE -ASA EN LA ETAPA DE SEPARACIÓN SÓLIDOL:9UIDO
TABLI* CARACTERISTICAS DEL PROCESO DE DESPULPADO
CARACTER:STICAS DEL PROCESO DESPULPADO !roceso de 9iltrado 3filtro !rensa4 N /ólidos 3pKp4 =>N 9lu-o de !ulpa 3l.Kmin4 1),D= 8iempo de 9iltrado 3$KBatc$4 1,2 9lu-o de Agua de Laado 3lKBatc$4 &22,22 N umedad en ;ipios &>,22N 9lu-o de /olución !L/ 3lKmin4 =+,D> 1 &,DD 9lu-o de /olución !L/ 3m K$4
?..2. BALANCE DE AGUA PROYECTADA EN LIIVIACIÓN En base al balance de masa anterior podemos calcular el balance agua en toda el circuito de lixiiación y separación sólidoKlíuido, para esto se pretende emplear el D2N del flu-o de ;aff, ue sale de /7, con el ob-etio de reutilizar el agua.
TABLA .* BALANCE DE AGUA EN LI.
BALANCE DE AGUA EN LI 9lu-o 8otal Agua ;euerido 3lKmin4 9lu-o 8otal Agua ;euerido 3m 1K$4 9lu-o de ;aff 3lKmin4 9lu-o de ;aff 3m1K$4 9lu-o de Agua 9resca lKmin4 9lu-o de Agua 9resca 3m 1K$4 9lu-o 8otal Agua Adicionado 3lKmin4 9lu-o 8otal Agua Adicionado 3m 1K$4
=',&2 1H? &D,>' 1H &=,>& H? =',&2 1H?
9uente5 !ropia
En resumen el área de la
planta de lixiiación,
consumirá 2,+> m 1K$para
mantener operaciones en el proceso de lixiiación y separación sólidoKlíuido, llegando a utilizar para mantener operaciones en planta solo el )2N de agua fresca en el proceso productio.
?. ETAPA DE ETRACCIÓN POR SOLVENTES*
9uente5 Elaboración de dise%o propia 9ig. @Z )=5 E8A!A
-e4%"!5o 0-i@e* !ara asegurar
el íntimo contacto entre las dos fases y la
transferencia del cobre de una a la otra el tiempo de residencia de cómo mínimo 1 minutos de mezcla, por eso las dimensiones de los mixers5 m.
A"t/! 5e nive" 5e eb!"#e 5e 1H8 ,. Lo ue nos da un olumen "til de 2,(( m 1 3se cuenta con = mixers4 Los caudales ue deben ingresar son &,= m 1K$ de !L/ fresco, 2,D m 1K$ 3;e*circulación4y &,= m1K$
de Hrgánico, lo ue nos da 2,2> m 1Kmin,
entonces el olumen "til sobre este caudal nos da el tiempo de residencia dentro del mismo ue es &= minutos y 1D s. Lo cual está muy por encima del tiempo mínimo pero por una cuestión operatia de futuras ampliaciones y tama%o mínimo de planta se utiliza las medidas mencionadas.
De%!nt!5oe# 0Sett"e* !ara el dise%o de los decantadores se tienen en cuenta dos factores determinantes5 &Z El tiempo de separación de fases ue por experimentación y datos del fabricante del orgánico se encuentran entre => minutos y )> minutos. =Z La elocidad lineal de aance de cada fase, en las ue $ay ue asegurar
un
flu-o laminar sin turbulencias ue pueden ocasionar dispersión entre la diisión de fases, para eso calculamos5
Altura "til de rebalse 2,(2 m.
Anc$o "til de los decantadores 1,2 m. Largo "til de separación $asta los ertederos 3canaletas4 1,2 m. Lo ue nos da un olumen "til de +,= m1. #audal de flu-o 2,2>2 m 1Kmin Así satisfacemos con creces la &Z condición de tiempo de residencia con &)) minutos 2 segundos, asegurándose un
aumento de flu-o en ampliaciones
futuras y una separación de faces muc$o más segura eitando así cualuier posibilidad de arrastres de una fase dentro de la otra y generando una zona de interface muc$o más peue%a.
!ara la =Z condición tenemos ue introducir el concepto de alto de banda de cada fase, como se e en la figura $A es la altura de banda de la fase orgánica y $H es la altura de banda de la fase acuosa.
9uente5 !ropia 9ig. E8A!A
a5 se define como 30 cm. $H5 es el restante de la altura "til de rebalse 3(2 cm4 ue serían 50cm. Entonces dentro del decantador tenemos5 Golumen total de orgánico5 =,+ m 1 6rea de desplazamiento &,2) m =, largo total de área de separación =,D m #audal de orgánico 2.2=2 m 1K min
8iempo de residencia de la fase orgánica &1> min 2 s., entonces elocidad lineal 2,2&'= mKmin. Lo cual nos asegura un flu-o laminar en las fases satisfaciendo la =Z condición de dise%o. En circuito de /7 $a sido dise%ado para traba-ar a una capacidad de 1)N de su capacidad nominal, debido a ue en la etapa de L7 se cuenta con D $oras de lixiiación, y teniendo como referencia ue el mineral de la zona de #oro#oro tiene a llegar a una recuperación del '2N a las = $oras de proceso por el método de lixiiación por agitación, esto nos da una utilización del 12N de la capacidad nominal, de esta manera ambos circuitos podrán traba-ar sin problemas en futuras ampliaciones de capacidad, seg"n reuiera la operación pudiendo llegar a mane-ar un flu-o máximo en todo el circuito de ',)> m 1K$, con este flu-o se llega a la capacidad nominal de planta '> tKmes de cobre fino en transferencia.
9uente5 !ropia 9ig5 G/8A @8E;@A E@ 1< ?7E; 0 /E88LE; E@ EL A;EA
9uente5 !ropia 9ig.5 G/8A E78E;@A E@ 1< ?7E; 0 /E88LE; E@ EL A;EA
9uente5 !ropia 9ig.8A@\FE
ESPECI(ICACIONES
DEL
CIRCUITO
DE
ETRACCIÓN
POR SOLVENTES La configuración del circuito de extracción por solentes
seg"n dise%o esta
contara con 1 etapas de extracción y una de re*extracción. Además se detalla las líneas de circulación de soluciones de entrada y salida 3orgánico, !L/, ;aff, E. rico, E. pobre4, además la configuración en serie y en paralelo óptimo. , seg"n dise%o se emplearan tuberías llaes5
8ubería de aance de 1P
8ubería de re*circulación =P
Llaes tipo globo para tuberías de aance 3=> unid.4
Llaes tipo palanca para tuberías de re* circulación 3&= unid.4 En /7 se contara con ) flu-ómetros y ) #onductimetros de control
("/j+,eto
9lu-ómetro de !L/ entrada a /7 3en serie4
9lu-ómetro de !L/ de entrada a /7 3 En paralelo
9lu-ómetro de orgánico cargado
9lu-ómetro de electrolito pobre
9uente5 !ropia 9ig. @Z )(5 9LFQH?E8;H
Con5/%ti,eto#
Con5/%ti,eto# en "o# tene# E1;E2;E6;S
9uente5 !ropia 9ig. @Z )'5 #H@
DIAGRA-AS DE CON(IGURACIÓN DE S
9uente5
?..8. Ke! 5e T!n/e#* Po#t;De%!nt!5oe#* Los post*decantadores estarán dise%ados para garantizar la separación posterior de cualuier arrastre ue se $aya producido de una fase en la otra y los criterios de dise%o son los mismos ue para los decantadores, un tiempo de residencia y una elocidad de flu-o ue aseguren la separación.
9uente5
9uente5
ESPECI(ICACIONES DEL CIRCUITO DE TAN9UES En el área de tanues se reuerirá tuberías de 1P para toda la configuración, y de =P para la línea de agua tratada y )P para tubería ue llea el electrolito cargado o circulante a las celdas de E:.
Además se emplearan las siguientes bombas5
= bombas para moer el orgánico en el circuito de D m 1K$. 3>,> p4.
= bombas del post*electrolito rico de > m 1K$. 3> p4.
= bombas electrolito rico > m 1K$ 3> p4.
= bombas del post*decantador !L/ pobre a lixiiación > m 1K$ 3> !4.
= bombas del tanue de circulación a /7 de D m 1K$ 3>,> p4.
= bombas del tanue de circulación a celdas E: de => m 1K$ 3&&,> p4.
= bombas del tanue !L/ a circuito de /7 > m 1K$ 3>p4
& bomba del sumidero de 1 m 1K$ 31p4.
& bomba de agua tratada al tanue de circulación de 1 m 1K$ 31 p4.
..?. Et!$! E"e%to;Obten%i+n* El dimensionamiento del tama%o de esta etapa se rige principalmente por la ley de 9araday ue nos define los euialentes electrouímicos de los metales, y por medio de esta tenemos el factor para el cobre, ue en términos prácticos se definen como5
(!%to $!! e" C/*
& ,&(>+D .KA. $ora
2, 2=()) RgKA. <ía La
cantidad de masa
de
cobre
ue
se
deposita
esta
afectado,
principalmente por el euialente electrouímico ya definido, la corriente aplicada en amperes por tiempo en cada celda. /e define como5
<ónde5
\r W Ee x A x t x no# x @ K &22
\
W masa real de metal depositado 3gramo4.
Ee
W euialente electrouímico 3gramoKampere*$ora4.
A
W corriente aplicada 3amperes4.
t
W tiempo durante el cual se aplica corriente 3$ora4.
no#
W n"mero de celdas electrolíticas.
@
W eficiencia de corriente 3N4.
\r W &,&(>+D gKamp. . x 1'2>amp. x =) $. x &2 celdas x '2 K &22 \r W & 2=) )'D,D gK dia
W & 222 tonKdia W 12 222 t.K?es
VOLTAJE DE CELDA Y CONSU-O DE ENERG:A #abe $acer notar ue, a partir de la relación ue da cuenta de la masa real de metal depositado se obsera ue esta es solo función de la corriente eléctrica y su tiempo de aplicaciónI sin embargo, se debe considerar el olta-e asociado a tal corriente eléctrica puesto ue este define el consumo de energía eléctrica y los costos asociados a la electrodepositación de cobre.El olta-e de celda G, está constituido por la sumatoria de caídas de potencial debidas a factores como5
!otencial de reacción, corresponde a la energía ue se necesita entregar al sistema para ;ealizar la reacción de electro depositación de cobre. 2,'= olt. !otencial de polarización anódico
2,D 0 &,2 olt.
!otencial de polarización catódico
2,2> 0 2,& ol
;esistencia por contactos eléctricos
2,& olt.
;esistencia ó$mica del electrolito de
2,&> 0 2,> olt.
amperesW 85,92 KV 3=.= Golts x &2 celdas4 W== Golts. TABLAN<I* CUADRO DE PRODUCCION DE COBRE
Cobre fino prod!!i"n
t/mes #$
t. día
%
C!!%te&#ti%!# 5e" e! E
C&'!'o de' !(todo de C/d)&s Unid&d Producción de Cátodos Numero de celdas Numero de cátodos en celda Numero de lados iem!o de Cosec"a
Peso de' C(todo+'&do+d)& peso en % 1or& Peso de Cose!1& C&'!'o de '& intensid&d DENS6 DE CORRIENTE Intensid&d por !e'd& Poten!i& e'7!tri!& tot&' 9uente5 !ropia 9ig. @Z >+5 ;A9#H #A;A#8E;/8#H
t.
1000 10 9 2
días
*
,..0 -r 2#%34 .$$$ 5Amp6 #*$.3 2 Amp6/m 21#$9% #*$.. Amp6 &'$92 ,8+
CARACTER:STICAS DE LOS ELECTRODOS DE ELECTRODEPOSICIÓN*
@iel de /olución.
Fnidades de medida5 ?etros.
9uente5 !ropia 9ig. @Z >(5 #A;A#8E;/8#A/
9uente5 !ropia 9ig. @Z >'5 #A;A#8E;/8#A/
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO S;TAN9UES;E
El agitador principal ó impulsor proporciona el desniel necesario para la transferencia de soluciones entre las diferentes etapas, además proporciona una buena $omogenización de la mezcla de las dos fases ue son inmiscibles asegurando una eleada eficiencia de mezclado, adicionalmente se considera en el dise%o la aplicación de un agitador auxiliar, para lograr un eficiente sistema de mezclamiento, ue garantice una buena transferencia de masa entre las fases con mínimo de atrapamiento de acuosoKorgánico y orgánicoKacuoso.
Ambos mezcladores son dise%ados con un sistema de elocidad ariable para un óptimo control de los parámetros de transferencia de masa, tama%o de gota y succión interetapas.
Los euipos son dise%ados con un sistema de recirculación de soluciones acuosa yKo orgánica para asegurar la razón HKA de operación definida en cada una de las etapas del proceso /7, además de la flexibilidad para controlar el flu-o operacional con las continuidades de fases correspondientes.La razón HKA de operación se puede ariar entre
2,+K& a &,)K& controlando el flu-o de recirculación ue ingresa a cada mezclador.
El dise%o de las unidades para re*extracción y laado siguen un criterio similar a los euipo euiposs de extrac extracció ción, n, utiliz utilizand ando o un mezcla mezclador dor princip principal al y un agitad agitador or auxiliar ambos de dise%o cilíndrico.
La etapa de re*extracción es dise%ada con recirculación de acuoso solamente para control de razón de fases y transferencia transferencia de masa entre el orgánico orgánico cargado y el electrolito pobre proeniente de la etapa de electro obtención. La distribuc distribución ión de la salida del flu-o total a lo anc$o del decantador decantador se logra mediante un mecanismo adecuado tipo picetfence, ue asegure una caída de presi presión ón antes antes y desp después ués del del mecan mecanis ismo mo de maner manera a ue ue aseg asegur ure e una una distribución uniforme.
En la medida ue aanzan las fases f ases acuosa y orgánica a lo largo del decantador decantador,, una tercera tercera fase denominada denominada banda de dispersión dispersión aparece aparece con un perfil de distribución característico ue depende entre otros factores, de la calidad del orgánico, de la formación de borras, de la
calidad del solente y factores de dise%o como flu-o especifico de decantación y elocidad lineal de fase acuosa y orgánica.
Esta Esta band banda a de disp disper ersi sión ón se mini minimi miza za con con un meca mecani nism smo o util utiliz izad ado o en la mayoría de las plantas de extracción por solentes en el mundo, denominado picetfence.
Estos dispositios son dise%ados con un criterio de aumento de la coalescencia mediante el paso del flu-o total por una superficie sinuosa. En el extremo de descarga de los decantadores existe un ertedero fi-o para descarga del orgánico y una canaleta con un ertedero a-ustable de acuoso el cual facilita el control de las alturas de fases de orgánico y acuoso.
Estos ertederos están conectados con puntos de salida de soluciones ue se interconectan con los mezcladores correspondientes ó bien una salida $acia un estanue como es caso del orgánico cargado y post decantadores para el caso de solución refino y electrolito rico. 8odos los decantadores se ubican dentro de un galpón, el cual cumple con las siguientes funciones5
-
-
-
?antener una temperatura constante en las soluciones,
eitando fluctuaciones ue interfiere en el proceso /7. -
Limpieza del sector.
-
9acilidad de control para el operador.
-
!rotección para lluias.
-
!rotección para polo ambiental ue es per-udicial para el
proceso /7. -
!rotección de los euipos de /7.
Estos euipos deben contar con una red de incendio a base de espuma y línea de agua de alta presión.En las etapas de extracción el !L/ generado en la lixiiación entra en contacto en contracorriente con la f ase orgánica descargada, produciendo un orgánico cargado y refino. La fase orgánica está constituida por un extractante selectio para cobre diluida en un solente comercial de alto punto de inflamación.
El refino fluye fluye por graedad graedad a un estanue estanue post decantador decantador de refino, refino, este estanue se dise%a con deflectores internos y tiempo de
residencia de &> minutos para la coalescencia final del orgánico arrastrado en el refino, adicionalmente el dise%o del post decantador de refino dispone de un distribuidos de flu-o y dos picetfence para coalescencia secundaria y sistema para recuperación de orgánico.
!eriódicamente se puede elear el niel del post decantador para recuperar el orgánico en forma manual.
La mezcla de orgánico y acuoso recuperado desde el post decantador de refino es colectada en un estanue apropiado y eniada mediante bombeo a la planta /7 en etapas de extracción ó bien a planta de tratamiento de borras, seg"n corresponda.
El orgánico cargado pasa a un estanue con dise%o apropiado para coalescencia de acuoso y posterior recuperación mediante traspaso por bombeo a planta /7 en forma permanente a un caudal ue no altere la dinámica de los fluidos de operación. El dise%o corresponde a un estanue de ba-o perfil con dispositios para distribución de flu-os y barreras coalescedoras.
El orgánico cargado entra a un primer compartimiento donde pasa por un sistema de distribución del flu-o a lo anc$o del estanue, posteriormente pasa a un coalescedor de arrastres de acuoso, donde gran parte del acuoso arrastrado es recolectado y remoido mediante bombeo permanente a ertedero de acuoso en etapa E& de planta /7.
El orgánico sale del decantador por un ertedero $acia el sector donde están ubicadas las bombas de proceso ue cumplen la función de impulsar el orgánico a la etapa de laado en planta /7.
El orgánico cargado laado pasa luego a una etapa de re* extracción, donde es contactado para su descarga con electrolito pobre de alto contenido de ácido libre, proeniente de la descarga de electrolito producido en el proceso de Electro*obtención.
El electrolito rico saliente de la etapa de re*extracción, pasa a traés de un post decantador de electrolito con la finalidad de remoer la mayor parte de arrastres de orgánico ue puedan producirse, este euipo se dise%a con un tiempo de residencia de => minutos para efecto de coalescencia de orgánico. Adicionalmente se dise%a este euipo con
elementos de distribución de flu-os y doble picetfence para faorecer la coalescencia del orgánico y su posterior recuperación en for ma manual. !eriódicamente se puede elear el niel del post decantador de electrolito para recuperar el orgánico en canaleta dise%ada para este propósito, esto se logra restringiendo ó cerrando la álula de salida del post decantador.
El electrolito rico sale del post decantador mediante un ertedero de flu-o inferior $acia un pozo de bombas.
!osteriormente el electrolito limpio se enía al estanue de electrolito rico desde donde se tiene la alternatia de bombearlo a las celdas de limpieza en E: ó bien al estanue de recirculación de electrolito.
!reio al enío de electrolito rico a una de las dos alternatias ue cuenta planta en E:, el electrolito es precalentado en tres
la
intercambiadores de calor, para alcanzar una temperatura de 1&( a 1=& R 3)> a )( Z#4 antes de iniciar su aance a E: ó bien al estanue de circulación en la zona de estanues de planta /7KE:.
El drena-e graitacional de mezcladores decantadores se realiza mediante tuberías directamente a piscina de refino en caso ue se reuiera.
La borra formada en los decantadores es remoida mediante bomba de diafragma y eniada al estanue de borras para decantación y tratamiento.
En la planta de tratamiento de borras, se tratan las borras mediante adición de orgánico de proceso limpio al estanue agitador dispuesto para este fin.
Este proceso de ruptura asegura una separación de los componentes principales, acuoso orgánico y una fase dispersa con contenidos de sólidosKacuosoKorgánico denominado borra secundaria.
=&)
CONCLUSIONES &. El proyecto referido al tratamiento $idrometal"rgico de minerales oxidados de cobre con ba-a ley en la región centro el cual será sometido a un proceso de lixiiación por en pilas para obtener solución de !L/ y luego por el sistema de extracción por solentes y electrodeposición para obtener cátodos de cobre de '',''N. ;esulta factible técnicamente.
=. Los principales parámetros de operación ley de cabeza, dosificación de reactios, temperatura, electrolito rico, en circuito cerrado se $an establecido para un desarrollo eficiente.
1. La producción de 12 tKmes .de cobre catódico en la primera fase, cubrirá parte de los reuerimientos de cobre metálico del consumidor en el mercado interno.
). El precio del cobre ue tomará el proyecto como referencia para establecer los ingresos, es de =,>2 ^Klb.f , precio bastante conserador ya ue en la actualidad la cotización promedio del a%o =2&=es de 1,(1 ^Klb.f, ue se dio en el mercado internacional
