UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULT FACULTAD DE INGENIERÍA IN GENIERÍA INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN METALÚRGIA Y MATERIALES
PROYECTO DE INVESTIGACION
OBTENCION DE DIOXIDO DE MANGANESO PARA BATERIAS DE LITIO A PARTIR DE MINERALES DE BAJA LEY
Ing. Armando Alar!" #. Ing. Al$!r%o Al$!r %o Al!&o T. L'(. O)(ar Call! C.
La Pa" * +ol''a ,-,
O+TENCION DE DIO/IDO DE MANGANESO PARA +ATERIAS DE LITIO A PARTIR DE MINERALES DE +A0A LEY . CONSIDERACIONES GENERALES Nuestro País posee grandes recursos naturales y entre los no renovables, se tiene a los minerales no metálicos, como la Pirolusita (MnO 2 y otras impurezas) y Psilomelano (Mn 2O4!2O y otras impurezas), impurezas), minerales minerales con contenido contenido promedio promedio de "# $ %# & como MnO2 'os principales yacimientos de este tipo de minerales se allan ubicados en la zona adyac dyacen entte a la ord ordililllera era de 'os 'os *ndes, des, princ rincip ipa almen lmente te en los los +epa +epart rtam amen ento toss de 'a Paz, Paz, Orur Oruro, o, Poto Potosí sí,, ucr ucre, e, oc ocab abam amba ba y otro otross prospectados seg-n el estudio realizado por el Programa de ooperaci.n *ndina a /olivia (P*/) *l presente, la gran mayoría de estos yacimientos de minerales o0idados de ba1a ley, no están siendo e0plotados, por las grandes diicultades 3ue presenta su proc proces esam amie ient nto o part partic icul ular arme ment nte e in in emba embarg rgo, o, debi debido do a los los avan avance cess tecnol.gicos en la lotaci.n y li0iviaci.n y por el acentuado crecimiento en la demando de estos recursos naturales para las dierentes aplicaciones (uadro No ), se está retomando el inter5s en su e0plotaci.n y procesamiento Cuadro N° 1
APLICACIONES DESCRIPCI1N 6n la 7ndustria 9iene amplia aplicaci.n el MnO 2, en la producci.n de 6lectr.nica y 6l5ctrica baterías y pilas altamente competitivas en el mercado internacional (baterías de 'i $ MnO 2)y las pilas galvánicas (Pila de 'eclanc5), 6n la 7ndustria 8uímica
:tilizada para la obtenci.n de la primera amilia de los al.genos, como el cloro, /romo, ;odo< 6l =MnO 4 y el NaMnO4, como o0idantes y desinectantes
6n la *groindustria
u derivado sulato manganoso tiene un uso dierente, sirve de ertilizante agrícola
6n la Metal-rgica 7ndustria ria Materiales
7ndustria utilizado en abricaci.n de aceros al manganeso y en la prepar preparaci aci.n .n de eleme elemento ntoss mi0tos mi0tos (aleac (aleacion iones) es) y otras otras (2) aplicaciones de inter5s industrial e utiliza en pinturas, barnices para pintar cristales y cerámica ica y cerámica y en la elaboraci.n de vidrios amatistas 6l MnO4, se usa en tintes para el algod.n
7ndustria 9e0til
,. IDENTIFICACION DEL PRO+LEMA
6n nuestro País, e0iste escasa inormaci.n de nuevas opciones tecnol.gicas para procesar la Pirolusita aplicando procesos 3uímicos y>o metal-rgicos 3ue permitan beneiciar este mineral para su inmediata aplicaci.n *lgunos *lgunos traba1os de investigac investigaci.n i.n desarrolla desarrolladas das en el pasado pasado (), indican 3ue es posible elevar la ley del manganeso, a partir de una materia prima de ba1a ley, ast asta a el "?& "?& Mn Mn 6ste 6ste prod produc ucto to no es sui suici cien ente te para para logr lograr ar ingr ingres esar ar en mercados competitivos, ya 3ue ello implica sea considerado como mineral con semi valor agregado *nte esta situaci.n situaci.n,, la aplicaci. aplicaci.n n de procesos procesos combinad combinados os de lotaci.n lotaci.n e !idrometal-rgicos puede ser una alternativa de muco inter5s para la obtenci.n de productos de di.0ido de manganeso con destino a su aplicaci.n inmediata como es el caso de su uso en baterías de litio
2. O+0ETIVOS 2.. O+0ETIVO GENERAL 6n el marco del presente traba1o se pretende realizar un estudio reerente al proces proceso o de conce concentr ntraci aci.n .n de minera minerales les de mangan manganeso eso (lota (lotaci. ci.n n inversa) y al proceso idrometalurgico, y 3ue a partir del concentrado de .0idos de manganeso obtenidos en la etapa de lotaci.n, es posible obte obtene nerr un prod produc ucto to de di.0 di.0id ido o de mang mangan anes eso o de alta alta pure pureza za susceptible de ser utilizado en la abricaci.n de cátodos de baterías de ion litio
2.,. O+0ETIVOS ESPECIFICOS
6studiar el eecto de las variables operacionales del proceso de lotaci.n inversa del di.0ido de manganeso *nalizar deerentes alternativas de procesamiento de minerales de manganeso y determinar la me1or opci.n para obtener concentrados de alta ley destinados al tratamiento 3uímico *nalizar las me1ores alternativas de li0iviaci.n del mineral de manganeso 6studiar las variables operacionales de los procesos !idrometal-rgicos de li0iviaci.n mediante el uso del acido clorídrico y acido sul-rico
+einir el diagrama de lu1o .ptimo del proceso a nivel de laboratorio 6stablecer la viabilidad t5cnica y estimar la viabilidad econ.mica del proceso de obtenci.n de di.0ido de manganeso Proponer el circuito de procesamiento a mayor estala (Piloto)
3. 0USTIFICACI1N 6n nuestro país, se está planiicando la producci.n de baterías de litio en el 3ue el di.0ido de manganeso puro es una de las materias primas para la abricaci.n de las mencionadas baterías, raz.n por la 3ue el proyecto litio tiene planiicado proceder con la investigaci.n en esta temática 6n consecuencia, el análisis de las variables operacionales a nivel de laboratorio permitirá ad3uirir los conocimientos te.ricos y prácticos para una eiciente obtenci.n de di.0ido de manganeso de grado apropiado para su uso en baterías de litio,< además los resultados obtenidos podrán ser directamente utilizados para pruebas de escalamiento a nivel de planta piloto *demás, la e0istencia de numerosos yacimientos de minerales de manganeso o0idados en nuestro país 1ustiica plenamente el desarrollo del presente estudio debido a 3ue estos recursos naturales no renovables representan un potencial econ.mico muy importante, los cuales podrían desarrollarse con me1or rentabilidad, pues la obtenci.n de productos beneiciados con leyes establecidas (grado metal-rgico, grado batería y grado electrolítico) pueden satisacer las e0pectativas del mercado internacional
4.5 FUNDAMENTOS TEORICOS 4.. MATERIALES DE CATODO EN +ATERIAS DE ION5LITIO :na de las alternativas de mayores avances y perspectivas 3ue cobra uerza para aminorar el consumo de combustibles .siles, es el desarrollo de autom.viles con motores el5ctricos, accionados por baterías el5ctricas a base de litio, recargables y de alto rendimiento en reemplazo de los motores de combusti.n interna en el transporte automotor
:na batería de ion$litio se basa en el uncionamiento de varias celdas electro3uímicas 3ue utilizan iones de litio como el medio undamental 3ue permite el uncionamiento de ciclos carga$descarga :na de sus principales reacciones es la siguiente@
0'iA A 0e$ A
%
'i0% (carga)
'i0%
0'iA A 0e$ A
% (descarga)
Carga6 'os electrones van del cátodo al ánodo 'os iones de litio cargados positivamente se mueven desde el cátodo a trav5s del separador por medio del electrolito acia el ánodo D!)(arga6 'os iones de litio cargados positivamente se mueven del ánodo a trav5s del separador por medio del electrolito acia el cátodo 'os electrones se mueven a trav5s de la carga e0terna del ánodo al cátodo, resultando una
corriente 3ue provee de energía capaz de mover el motor el5ctrico 3ue impulsa a un veículo el5ctrico 'a utilizaci.n de estos dispositivos de acumulaci.n de energía el5ctrica en base a las propiedades isico3uímicas del litio se an empezado a utilizar en orma masiva desde ace varios aBos en casi todos los e3uipos electr.nicos, pues su tecnología es ya conocida y se encuentra en acelerado desarrollo para otro tipo de aplicaciones, como son las baterías utilizadas en veículos íbridos (!6C), íbridos plug$in (P!6C) y los enteramente el5ctricos (6C) 'as dos características undamentales, 3ue determinan el comportamiento, rendimiento y duraci.n de una batería son@
'os ma%!r'al!) empleados para la abricaci.n de los (7%odo)8 7nodo) 9 !l!(%rol'%o 3ue da lugar a la reacci.n dentro de cada celda 'a !l!(%r:n'(a o )')%!ma de control 3ue regula todo el proceso de descarga y recarga
'as celdas de la batería son su parte esencial y determinan su costo y rendimiento Po ello los principales esuerzos de investigaci.n se encuentran actualmente dirigidos a me1orar este elemento clave y sus componentes 60iste una variedad importante de las baterías 7on$'itio 3ue se dierencian entre sí en el tipo de :;'do d! l'%'o <=! =%'l'"an !n !l (7%odo8 pues tienen en com-n la utilizaci.n, casi en su generalidad, de un 7nodo d! L'%'o5Car$ono >gra?'%o@.
a@ +a%!ra) d! L'%'o5Co$al%o >L' Co O,@6 +ensidad energ5tica B-54 g on las más e0tendidas para d')Ho)'%'o) m:'l!) como tel5onos u ordenadores portátiles, pero son diícilmente utilizables en coces por3ue s.lo aguantan unos 4-- ('(lo) d! r!(arga8 además 3ue el cobalto es un elemento caro 3ue encarece aun mas el costo de una batería propulsora de veículo
$@ +a%!ra) d! L'%'o5'!rro5Fo)?a%o >L' F! P O,@6 +ensidad energ5tica J-*,4 g. on las más seguras, por tener la mayor estabilidad t5rmica y 3uímica u densidad energ5tica está en la zona ba1a, pero se pueden considerar un salto adelante en seguridad y tambi5n en durabilidad, con a)%a ,.--- ('(lo) d! r!(arga e pueden emplear en automoci.n para mover íbridos y el5ctricos puros sin riesgos
(@ +a%!ra) d! L'%'o5Mangan!)o >L' MnO,@6 +ensidad energ5tica J-*9ambi5n son más estables g. t5rmicamente 3ue las de cobalto y soportan un mayor volta1e on muco más econ.micas 3ue las de cobalto y el manganeso no es contaminante, aun3ue tienen una inerior densidad energ5tica Carios abricantes de baterías se inclinan por el empleo de cátodos de di.0ido de manganeso e re3uiere MnO 2 de alta pureza para la abricaci.n de estos cátodos
d@ +a%!ra) d! L'%'o5N<=!l5Co$al%o5Mangan!)o >L' N'; Co9 Mn" O,@6 +ensidad energ5tica 44 * J- g. +e muy buen rendimiento y costo razonable, se empiezan a utilizar en coces el5ctricos masivamente oportan "## ciclos y volta1es de los más altos Para la abricaci.n de estos cátodos se re3uiere tambi5n MnO 2 de alta pureza
!@ +a%!ra) d! L'%'o5T'%an'o >L'3 T'4 O,@6 +ensidad energ5tica K4*-- g. on las más duraderas, pues aguantan asta ,.--- ('(lo) d! r!(arga (unas # veces más 3ue cual3uiera de las otras) pero su densidad energ5tica actual es ba1a y su costo muy elevado
+e este con1unto de tipos de baterías basadas en litio, las descritas como c) y d) re3uieren de MnO 2 para la obtenci.n de sus cátodos, mismos 3ue serán abricados e0perimentalmente en la Planta Piloto de átodos a cargo de la DNE6 de OM7/O' y las empresas coreanas POO$=OE6 'a obtenci.n de MnO 2 de alta pureza para ser utilizado en la abricaci.n de
cátodos para baterías de ion$litio, re3uiere de varias operaciones y procesos 3ue se inician desde la preparaci.n de minerales de manganeso, operaciones de concentraci.n y procesos idrometal-rgicos
4.,.5 MINERALES DE MANGANESO 6l Mn se encuentra en unos ?## minerales dierentes, de los cuales unos 2 son importantes comercialmente 60iste en dep.sitos primarios asociado al o0ígeno, en orma de silicatos in embargo, desde el punto de vista comercial son más importantes, los dep.sitos secundarios de .0idos y carbonatos se destacan como@ pirolusita (MnO2), psilomelana (MnO2F!2O), manganita (MnO(O!)), braunita (?Mn2O?FMniO?), rodonita (MniO?), rodocrosita (MnO?), Gbnerita (MnHO4), etc 9ambi5n se a encontrado en n.dulos marinos, en donde el contenido en manganeso oscila entre un " y un ?#&, y en donde sería posible e0traerlo 6stos dep.sitos se orman como consecuencia de la degradaci.n atmos5rica de los dep.sitos primarios de los silicatos
4.2.5
FUNDAMENTOS DE LA IDROMETALURGIA DE MINERALES DE MANGANESO
IDROMETALURGIA Por idrometalurgia se entiende los procesos de li0iviaci.n selectiva (disoluci.n) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperaci.n de la soluci.n por dierentes m5todos 6l nombre de idrometalurgia se reiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disoluci.n ("?) 6l campo de la idrometalurgia comprende la recuperaci.n metálica econ.micamente valiosa a partir de sus minerales por reacci.n 3uímica acuosa eectuadas en condiciones ambientales del lugar 'as etapas undamentales de la idrometalurgia son cinco y estas son@ la preparaci.n, la li0iviaci.n, la separaci.n s.lido$lí3uido, concentraci.n y>o puriicaci.n y precipitaci.n y>o e0tracci.n metálica ada una de las etapas son muy signiicativas de enorme cuidado y de análisis, la deinici.n de 5stas se puede puntualizar a continuaci.n@ Preparaci.n mineral 'i0iviaci.n eparaci.n s.lido>lí3uido oncentraci.n y puriicaci.n
60tracci.n y>o precipitaci.n 5.4.1.1.-
LI/IVIACION
6s el procedimiento 3ue tiene por inalidad la recuperaci.n de un metal y>o un compuesto de un concentrado o una mena, mediante un disolvente y la separaci.n de la soluci.n resultante de la racci.n sin disolver
'a li0iviaci.n es una operaci.n de la idrometalurgia mediante el cual se e0traen los metales de los minerales 3ue contienen especies econ.micamente recuperables, a partir de una soluci.n
4.3....5 AGENTES O/IDANTES :n análisis de solubilidad de los suluros de metales, nos va permitir visualizar de manera cualitativa las dierentes especies a los cuales esta unido@ a) 'os cationes del grupo 7*< /a2A y otros producen suluros solubles en agua b) 'os cationes como Ie2A, Jn2A, Mn2A, 6tc, producen suluros insolubles en agua, pero se disuelven en ácidos uertes ( !l, !2O4) c) 'os cationes como u2A, !gA, Pb2A, 6tc, producen suluros insolubles en agua y ácidos uertes
4.3...,.5 AGENTES LI/IVIANTES 60isten una serie de variables 3ue inluyen decisivamente en la elecci.n del agente li0iviante ideal para cada operaci.n, como la naturaleza del mineral o concentrado a li0iviar y deben tener algunas de las siguientes características@ a)
b) c)
d) e) )
8ue sea selectivo, es decir, 3ue disuelva en orma eectiva el metal 3ue se pretende recuperar y 3ue sea prácticamente inerte con los demás componentes del mineral o concentrado 8ue la concentraci.n del agente li0iviante no sea muy alta y 3ue reaccione disolviendo los valores metálicos a la temperatura ambiente 'os valores metálicos disueltos 3ue se encuentran en ase acuosa pueda recuperarse ácilmente precipitándoles, con un reactivo 3uímico o por precipitaci.n electrolítica 8ue sea barato y 8ue no sea to0ico 8ue sea regenerable
'os agentes li0iviantes más utilizados@ $ $
*gua, *ire, per.0ido de idr.geno +isoluciones de sales en agua ( ulato 5rrico, cloruro 5rrico, cloruro de sodio, cianuro s.dico, tíosulato)
$
Kcidos@
Kcido sul-rico Kcido clorídrico Kcido nítrico *cido O0álico *cido uluroso
$
/ases@
!idr.0ido de sodio !idr.0ido de amonio
4.3...2.5 LI/IVIACION DE MINERALES DE MANGANESO a@ LI/IVIACI1N DE MINERALES DE MANGANESO CON ACIDO CLORÍDRICO () Por esta vía se re3uiere !l, esta tiene por ob1eto disolver el mineral, de acuerdo a la posible reacci.n 3uímica@ Eeacci.n @ MnO2 A4!l $$$$$$$$$$ Mnl2 A l2 A 2!2O
("4)
Eeacci.n 2@ Ie2O?A%!l $$$$$$$$$$ 2 Iel? A ? !2O
("42)
'a generaci.n de cloro se debe recuperar por un proceso de absorci.n en una torre para su reutilizaci.n 6ste m5todo es tambi5n conocido como m5todo del loruro 6n 5ste proceso, se evaluarán variables de@ Lrelaci.n mineral>acido, velocidad de agitaci.n, tiempo de reacci.n, temperatura y cantidad de MnA2 e0traído
$@ LI/IVIACI1N DE MINERALES DE MANGANESO CON ACIDO SULFURICO EN PRESENCIA DE REDUCTOR (2) Otra alternativa viene a constituirse es la li0iviaci.n del mineral de manganeso con acido sul-rico en presencia de un reductor como es el ácido o0álico 6studios realizados , indican 3ue el ácido o0álico tiene uerte eecto en la e0tracci.n del Mn a temperaturas moderadas, mientras 3ue a temperaturas mayores a %" y el tiempo largos tienen mayor eecto en la e0tracci.n del Ie y *l 3ue impuriican al mineral, cuya reacci.n de li0iviaci.n se representa mediante la reacci.n@ MnO2 A !2O4 A !22O4 $$$$$$$$$$ MnO4 A 2 O2 A 2 !2O ("??) 'a reacci.n global nos indica la generaci.n de O 2, sin embargo esta etapa debe ser viable siempre 3ue el gas producido se utilice de materia prima para la producci.n sint5tica de ácido o0álico
(@ LI/IVIACION DE MINERALES DE MANGANESO CON ACIDO SULFURICO8 PREVIA REDUCCION CAR+OTERMICA (?)
6l di.0ido de manganeso es insoluble en ácido sul-rico, el mineral se reduce a .0ido de manganeso, MnO 'a li0iviaci.n de .0ido de manganeso con ácido sul-rico, o ácido clorídrico conduce a la ormaci.n de sulato de manganeso o soluci.n de cloruro de manganeso, respectivamente 6l mineral de Mn tiene 3ue ser reducido y generalmente se utiliza un orno rotatorio, es el más utilizado para la reducci.n del mineral con co3ue, carb.n, ueloil o gas natural, la reacci.n 3uímica es la siguiente@ 2MnO 2 A O A !2 2MnO A O2 A !2O
("44)
*pro0imadamente el # a Q& de MnO 2 se reduce a la orma soluble de MnO, durante la reducci.n en la regi.n de (R##$##) o más, dependiendo del agente reductor y e3uipo usado 6l mineral reducido (calcina), se moltura preeriblemente por vía -meda en un molino de bolas de granulometría más ina para me1orar el área especíica de la muestra 6n orma general, la li0iviaci.n de minerales o0idados, en este caso la pirolusita (MnO2), y otros similares se puede e0presar en el siguiente +iagrama "4
D'agrama 4.3.. L';''a(':n d! m'n!ral!) d! mangan!)o
4.3...3.5 METODOS DE LI/IVIACION DE MINERALES DE MANGANESO 'os m5todos de li0iviaci.n corresponde a la orma en 3ue se contactan las soluciones li0iviantes con las menas con contenidos metálicos de inter5s 'os m5todos más conocidos son@ $
'i0iviaci.n 7n itu, li0iviaci.n en botaderos (dump leacing), li0iviaci.n en pilas (eap leacing)
$ $ $
'i0iviaci.n por percolaci.n o en /ateas (vat leacing 'i0iviaci.n por agitaci.n 'i0iviaci.n a presi.n
*un3ue estos tipos de li0iviaci.n se puede aplicar en orma muy eiciente a la mayoría de los metales 3ue están contenidos en menas apropiadas para este proceso, tales como cobre (minerales sulurados y o0idados), oro (nativo), plata (nativa), aluminio (.0idos), zinc (.0idos y suluros), ní3uel (suluros y .0idos), minerales o0idados de manganeso (MnO 2) y las ormas de minerales de los metales cobalto, zirconio, anio, etc *nalizando los m5todos de li0iviaci.n, en este traba1o por las características solo mencionaremos la li0iviaci.n por agitaci.n
a@ L';''a(':n Hor ag'%a(':n $
D!)(r'H(':n
'a li0iviaci.n por agitaci.n se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de inos en la etapa de cancado, o cuando el mineral deseado está tan bien diseminado 3ue es necesario molerlo para liberar sus valores y e0ponerlos a la soluci.n li0iviante 6s tambi5n el tipo de t5cnica 3ue se emplea para li0iviar calcinas de tostaci.n y concentrados e recurre a la agitaci.n mediante burbu1eo o bien a la agitaci.n mecánica para mantener la pulpa en suspensi.n asta 3ue se logra la disoluci.n completa, siendo el tiempo de contacto de los s.lidos con la soluci.n del orden de oras comparado con el proceso de li0iviaci.n en pilas 3ue re3uiere meses 'os agitadores mecánicos son simplemente impulsores colocados en el interior del tan3ue (Iig "?a), mientras 3ue los tan3ues agitados con aire son a menudo tan3ues de tipo SPacucaS (Iig "4b)
F'g. 4.3.. E<='Ho) d! l';''a(':n Hor ag'%a(':n
us venta1as comparativas con otros m5todos de li0iviaci.n son @ $ *lta e0tracci.n del elemento a recuperar
$ 9iempos cortos de procesamiento (oras) $ Proceso continuo 3ue permite una gran automatizaci.n $ Iacilidad para tratar menas alteradas o generadoras de inos us desventa1as son @ $ :n mayor costo de inversi.n y operaci.n $ Necesita una etapa de molienda y una etapa de separaci.n s.lido$lí3uido (espesamiento y iltraci.n) $
Var'a$l!) d!l Hro(!)o
6l análisis de las variables de la li0iviaci.n por agitaci.n en sistemas industriales, para la deinici.n y optimizaci.n del proceso, debe necesariamente acer conluir aspectos t5cnicos, operacionales y econ.micos
Gran=lom!%ra 6l grado de molienda debe ser lo suiciente para e0poner, por lo menos parcialmente, la supericie del mineral valioso a la acci.n de la soluci.n li0iviante +epende del tipo de mineral y de sus características mineral.gicas +eberá considerarse un tamaBo tal 3ue no contenga un e0ceso de gruesos ( 2 mm) 3ue produzca problemas en la agitaci.n (embancamiento, aumento de la potencia del agitador) y 3ue por otra parte, no contenga un e0ceso de inos (menos de 4#& T Q" micrones) , 3ue diiculten la separaci.n s.lido$lí3uido posterior de la pulpa li0iviada +ebido a lo anterior, y además, para disminuir los consumos de energía por concepto de molienda y los costos de iltraci.n y decantaci.n, la agitaci.n se deberá tratar de realizarla al mayor tamaBo 3ue la operaci.n lo permita 'a 9abla "4 nos ilustra del tamaBo de partículas para un determinado mineral Ta$la 4.3.. Tamao d! alg=no) m'n!ral!) Hara la l';''a(':n Hor ag'%a(':n
T'!mHo d! l';''a(':n 'a economía del proceso de li0iviaci.n es unci.n del grado de disoluci.n o porcenta1e de e0tracci.n del mineral valioso in embargo, esto no es tan importante como el tiempo necesario para una e0tracci.n aceptable, es decir la velocidad de disoluci.n
F'g=ra 4.3.,. Por(!n%a&! d! !;%ra((':n !n ?=n(':n d!l %'!mHo.
'a igura "42 muestra una curva típica entre estos dos parámetros 60iste al principio una e0tracci.n rápida, 3ue decrece posteriormente al má0imo obtenible para un tamaBo dado de partícula 6sta curva se puede obtener de pruebas de li0iviaci.n en botellas en el laboratorio
M'n!raloga d!l m'n!ral 6l tamaBo y la disposici.n de la especie valiosa inluye el grado de molienda necesario para e0poner esta especie a la soluci.n li0iviante (9abla "4) 'a arcillas son una amilia de minerales, alumino$silicatos, e0isten en todos las menas y producen partículas muy inas (algunos micrones) 'a presencia de mucas arcillas puede impedir una buena iltraci.n del relave
O%ra) ar'a$l!) 'a li0iviaci.n se realiza a temperatura ambiente (o en autoclaves) 'a concentraci.n de reactivos debe ser optimizada seg-n el tipo de operaci.n 6l porcenta1e de s.lidos debe ser en la mayoría de los casos lo más alto posible para alcanzar una alta concentraci.n del ion metálico en la soluci.n de li0iviaci.n, minimizar los costos de inversi.n en el circuito de li0iviaci.n por menor capacidad Colum5trica y reducir el tamaBo y costo subsecuente de espesamiento y iltraci.n 6l porcenta1e de s.lidos en la pulpa varía entre 2# y "#& 6l porcenta1e de s.lidos se calcula por el peso del mineral en la pulpa Por e1emplo, si una pulpa es constituida por Ug de mineral en 2 litros de agua, su 'a velocidad de agitaci.n debe ser lo suiciente alta para mantener los s.lidos en suspensi.n, para 3ue no decanten :na velocidad de agitaci.n alta tiende a avorecer la cin5tica de la reacci.n, pero tiene un costo energ5tico apreciable (Iig "??) Iavorece tambi5n la disoluci.n de gases en la soluci.n 60isten varios diseBos de agitadores (Iig "44)
F'g=ra 4.3.2. E?!(%o d! la ag'%a(':n !n la !lo('dad d! l';''a(':n
F'g=ra 4.3.3 Var'o) d')!o) d! %=r$'na)
4.3..,.5 PURIFICACION DEL LICOR LI/IVIADO 6n un proceso de puriicaci.n o de concentraci.n, siempre ay dos ases en contacto (lí3uido $ s.lido o lí3uido $ lí3uido) e trata de un proceso de@ $ $
Puriicaci.n si la impureza va a la otra ase oncentraci.n si el elemento deseado va a la otra ase
'os procesos de puriicaci.n y>o concentraci.n son muy variados y dependen de @ $ $ $ $
'a naturaleza del elemento deseado 6l tipo de proceso de recuperaci.n 'as impurezas presentes en la soluci.n 6l grado de pureza deseado para el producto inal
'os procesos de puriicaci.n y>o concentraci.n se pueden dividir en varias categorías @ $ !idr.lisis $ ementaci.n $ Precipitaci.n de un compuesto especíico $ 60tracci.n por solventes $ Eesinas de intercambio i.nico Para evaluar un proceso de separaci.n, los criterios son la selectividad de la separaci.n, la recuperaci.n (o grado de remoci.n) y el consumo de reactivos (o
de energía) Obviamente, esos tres parámetros están intercorrelados y se necesita acer la evaluaci.n econ.mica del proceso 3ue se desea utilizar
D'agrama 4.3.,. E)<=!ma g!n!ral d!l %ra%am'!n%o )'d!rom!%alrg'(o d! =n m'n!ral
4.3..,..5 IDROLISIS a) Pr!('H'%a(':n d! 'dr:;'do) 'os diagramas 6 V p! de Pourbai0 muestran 3ue los iones metálicos e0isten en soluciones acuosas s.lo dentro de ciertos límites de p! 'a manera más sencilla de separar un metal de su soluci.n es mediante la alcalinizaci.n de la soluci.n, dando lugar a su precipitaci.n como idr.0ido Por e1emplo @ Ie?A A ? O!$ W Ie(O!)?
(.culos ca5 > ro1os)
a5@ 'dr:l')') 'os procesos de idr.lisis se basan undamentalmente en el mismo tipo de reacci.n de precipitaci.n de idr.0ido, con la dierencia de 3ue en la mayor parte de los casos no se termina la reacci.n en un idr.0ido sino en una sal básica, en una sal doble o asta en un .0ido +entro de este tipo de reacciones, la 3ue tiene mayor inter5s industrial es la idr.lisis del ierro, utilizado com-nmente como un m5todo de eliminaci.n de esta impureza en circuitos idrometal-rgicos
a5,@ 'drol')') d!l '!rro
60isten básicamente tres tipos de procesos para la eliminaci.n del ierro acuoso@ precipitaci.n como 1arosita, goetita y ematita 6stos dos -ltimos procesos producen precipitados más áciles de iltrar y decantar
Xarositas 'as 1arositas son compuestos 3ue tienen la siguiente ormula@ MIe?(O4)2(O!)%, en la 3ue M puede ser Na A, = A, N! 4A, *gA, Eb A, Pb 2A y !A 'a precipitaci.n del Ie como tal se consigue entre R# y ## , con adici.n de un álcali y con control de la acidez Para la ormaci.n de 1arosita de amonio, la siguiente reacci.n tiene lugar @ ? Ie?A A 2 O4 2$ A N!4A A % !2O W N!4Ie?(O4)2(O!)% A % !A on la e0posici.n a la intemperie en los tran3ues de relaves, la 1arosita se transorma gradualmente en ematita y debido a sus propiedades de adsorci.n y retenci.n de agua, se produce una eliminaci.n (disoluci.n) de metales solubles 3ue ocasionan un problema ecol.gico
Doetita 'a precipitaci.n del ierro como goetita se realiza mediante la siguiente reacci.n general @ Ie?A A 2 !2O W IeOO! A ? ! A 'a temperatura de la precipitaci.n oscila entre 2# y ## , el p! entre 2 y 4 y el potencial debe ser o0idante con el in de mantener el ierro en orma 5rrica 'a cin5tica de precipitaci.n es lenta, dependiendo de la concentraci.n de Ie inicial y del nivel de la impureza a eliminar 6l tipo de cristal 3ue se obtiene es de me1ores características para la separaci.n s.lido $ lí3uido
!ematita 'a precipitaci.n del ierro como ematita se undamenta en l a siguiente reacci.n@ 2 Ie?A A ? !2O W Ie2O? A %!A 'os actores de mayor importancia en este m5todo son la temperatura, concentraci.n de ierro y la concentraci.n de ácido +ependiendo de estos actores se pueden ormar una serie de compuestos, pudi5ndose seBalar en general, 3ue las ematitas tienden a ormarse sobre 4#
4.3..,.,.5 CEMENTACION 'a cementaci.n de un metal a partir de una soluci.n, depende de una reacci.n de desplazamiento en la cual un metal menos noble reduce a los iones del metal por precipitar al estado metálico 6ntonces, 5ste sale
de la soluci.n, y los iones del metal menos noble entran en la soluci.n para substituirlos Por e1emplo @ u2A A Jn W u A Jn2A 6l metal utilizado debe tener un potencial de electrodo inerior al potencial del metal 3ue se desea precipitar 'a reacci.n se produce en la supericie del metal, 3ue se agrega abitualmente en orma de polvo a la soluci.n impura Para alcanzar velocidades de reacci.n aceptables con impurezas 3ue se encuentran en ba1as concentraciones, se tiene 3ue agregar un e0ceso de metal, lo 3ue conduce a la obtenci.n de cementos impuros *demás, estos cementos contienen todos los metales de potencial superior al metal agregado 6l me1or metal utilizado para cementar las impurezas de una soluci.n es generalmente el mismo metal 3ue se desea recuperar desde la soluci.n pura *sí, no se agrega otra impureza a la soluci.n Por e1emplo, el cadmio y el cobre contenidos en las soluciones de li0iviaci.n de concentrados de zinc se cementan con polvo de zinc *demás de utilizarse como m5todo de puriicaci.n de soluciones, la cementaci.n puede utilizarse para recuperar el metal valioso a partir de soluciones diluidas ( e1 @ cementaci.n de cobre por catarra de ierro)
4.3..,.2.5 PRECIPITACION DE UN COMPUESTO ESPECÍFICO uando otros m5todos no son aplicables, se pueden usar reactivos especíicos de precipitaci.n 6stas reacciones son generalmente comple1as, necesitan condiciones de traba1o estrictas y consumen reactivos costosos Por e1emplo, se usa el nitrosobetanaptol para precipitar el cobalto contenido en las soluciones de electroobtenci.n de zinc e puede aplicar todas las reacciones 3ue estudiaron en el ramo de 3uímica en la enseBanza media tales como precipitaci.n de suluros, ormaci.n de sales, etc Por e1emplo @ *gNO? A Nal W *gl (precipitado) A NaNO? 6s importante el en.meno de enve1ecimiento de un precipitado, avorecido por una temperatura alta y un tiempo de contacto soluci.n$ precipitados largo 6l enve1ecimiento consiste en la disoluci.n de las partículas más inas y ormaci.n de precipitados más gruesos, generalmente acompaBado por un cambio en la estructura cristalina de estos Me1ora la insolubilidad del precipitado y su posterior iltraci.n
F!n:m!no d! (oHr!('H'%a(':n
'a coprecipitaci.n es cuando ay precipitaci.n de dos o más elementos al mismo tiempo 6l elemento minoritario puede ser disuelto en la matriz cristalina del elemento mayoritario, o absorbido en su supericie 6sto puede ser venta1oso, ya 3ue la concentraci.n del elemento minoritario en la soluci.n puede ba1ar a niveles muco más ba1os 3ue por precipitaci.n de este elemento en orma pura
4.3..2.5 CONVERSION A DIO/IDO DE MANGANESO 4.3..2.. PRECIPITACION () 6l en.meno 3ue ocurre en esta etapa de la ecuaci.n 3uímica ("4"), es una reacci.n 3uímica de precipitaci.n, 6nsayos preliminares nos indican 3ue precipitando el loruro de Manganeso y>sulato de manganeso con una base se orma el Mn(O!)2 , lo cual ocurre en orma inmediata, de acuerdo a la siguiente reacci.n 3uímica@ MnCl,>a<@ , NaO>a<@ 555555 Mn>O@,>)@ , NaCl>a<@
G? or 5 382 Q(almol
("4")
6l valor deYD or nos indica 3ue es una reacci.n espontánea 6l Mn(O!)2(s), precipita considerando solamente una reacci.n 3uímica de precipitaci.n, de acuerdo al siguiente e3uilibrio 3uímico ("")@ Mn>O@,>)@ 5555555555 Mn,>a<@ , O5>a<@
=ps W 0(2)2 W 4 0 ? W (Mn2A)(a3) W ?%2 0 #$"
QH) .J ; -52
Por lo tanto@ =ps W (Mn2A)(a3) 0 (O!$)2(a3) pO! W 44 Iinalmente, el p! al cual precipita el Mn(O!) 2(s), será@ p! W R"
4.2..2.,. O/IDACION 6n el transcurso de la precipitaci.n del manganeso en orma de idr.0ido, y su posterior conversi.n en di.0ido de manganeso, se da el en.meno de una reacci.n eterog5nea, vale decir 3ue se produce un precipitado solido 3ue en unci.n del grado de conversi.n, se eval-a la cantidad del producto deseado, sin embargo e0iste modelos 3ue nos permiten evaluar el grado de conversi.n
OTROS METODOS DE CONVERSION 6E7 a desarrollado un proceso para depositar El!(%rol9%'( Mangan!)! D'o;'d! (6M+) de soluciones de cloruro en condiciones adecuadas 6l proceso consiste en la reducci.n de mineral de pirolusita por los materiales carbonosos,
como el carb.n, el co3ue, uel oil y gas natural 'a reducci.n se lleva a cabo generalmente en orno rotativo 6l mineral reducido se li0ivia con ácido clorídrico, la soluci.n de cloruro de manganeso obtenido se puriica y la electr.lisis se lleva a cabo a apro0imadamente R# entre los electrodos de graito El!(%rol9%'( Mangan!)! D'o;'d! ormado en la an.dica se elimina, en polvo, se lav. y se sec. adecuadamente 6l 6M+ contribuye en la concentraci.n y puriicaci.n de Manganeso 'a puriicaci.n de sulato de manganeso o cloruro de manganeso soluci.n para 6liminar las impurezas 6E7 operar una planta piloto capaz de producir "# Ug de +M6 por día +os c5lulas de ### * cada ueron operados en serie, cada c5lula con una capacidad de 2"Ug>da de 24 oras Eecientemente estudios de planta piloto an llevado a cabo en la electrodeposici.n de di.0ido de manganeso en 2# Ug por día 3ue emplean electrodos de titanio, y los resultados revelan 3ue dicos electrodos tienen ciertas venta1as sobre los ánodos de graito
4. FORMULACI1N DE IP1TESIS 6n el entendido de 3ue el 7nstituto de 7nvestigaciones en Metalurgia y Materiales de la :niversidad Mayor de an *ndr5s, en cumplimiento a una de sus políticas de investigaci.n, cual es el de orientar los traba1os de investigaci.n a proponer a la 7ndustria Metal-rgica del país, soluciones aplicables, ya sea de problemas actuales de plantas en operaci.n o en la obtenci.n de productos con mayor valor agregado, en el presente traba1o se propone como 'H:%!)')8 para esta primera ase 8 lo siguiente@
M!d'an%! la aHl'(a(':n d! lo) Hro(!)o) d! ?lo%a(':n8 l';''a(':n8 H=r'?'(a(':n 9 (on!r)':n !) Ho)'$l! la o$%!n(':n d! d':;'do d! mangan!)o grado $a%!ra8 a Har%'r d! m'n!ral!) d! mangan!)o !;')%!n%!) !n +ol''a. K. DEFINICION DE VARIA+LES K.,.
VARIA+LES DEL PROCESO IDROMETALURGICO
Var'a$l!) d! d')!o d! lo) !<='Ho)6 on a3uellas variables 3ue conciernen al comportamiento idrodinámico 3ue involucra el movimiento partícula$luido dentro del ambiente de disolucion e pueden citar a@
+iseBo del reactor *gitaci.n de la pulpa (EPM) oniguraci.n de los tan3ues de li0iviaci.n
Var'a$l!) <=! d!H!nd!n d! la oH!ra(':n6
Ilu1o de alimentaci.n (m ?>) 9iempo de residencia el reactor omposicion mineralogícaa y ley de mineeral 9amaBo de partículas Drado de liberaci.n y o0idaci.n p! natural del mineral Eelacion solido>luido (& de s.lidos) 9emperatura
'as variables anaotadas, en el proceso idrometalurgico se consideran como las más importantes a las siguientes@
Gran=lom!%ra d! la m!na@ :na de las variables de mayor importancia debido a 3ue el proceso de disoluci.n es unci.n directa con el tamaBo de la partícula, la partícula más ina orece mayor área de contacto (supericie especiica) Ddo)'?'(a(':n d! r!a(%'o)6 'a eiciencia del proceso de lotaci.n depende en gran medida de la adecuada elecci.n de los reactivos y de la cantidad apropiada en la dosiicaci.n< este -ltimo aspecto resulta ser crítico en la parte t5cnica y econ.mica del proceso
El Hor(!n%a&! d! ):l'do) @ el porciento de solidos es otro actor 3ue puede inluenciar sustancialmente en la disoluci.n de partículas de mineral y este eecto es particularmente ligado con el tiempo de residencia del mineral en el circuito
H@ 6l proceso de disoluci.n es sumamente sensible a los cambios de p!, y este debe ser regulado en unci.n de las características de la mena, la particula mineralizada tiene un rango de p! de disoluci.n o li0iviaci.n
T'!mHo d! R!)'d!n('a@ 6l tiempo de residencia está ligado con la cin5tica de disolucion de los minerales y el accionar con los reactivos Ag'%a('on6 'a agitaci.n es uno de las variables ligados con la cinetica de disoluci.n de partículas mineralizada, la agitaci.n tiene un eecto directo en la disminuci.n de la película ormada en la interese solio$ luido (espesor de Nerst) E?!(%o d! T!mH!ra%=ra6 'a solubilidad es unci.n directa de la temperatura, a mayor temperatura la disoluci.n será mayor y asta completa 6l eecto de la temperatura sobre la e0tracci.n de manganeso aumenta la velocidad de li0iviaci.n de manganeso
Con(!n%ra(':n d! lo) r!a(%'o)6 'a concentraci.n de los reactivos deben están en e3uilibrio molar para 3ue e0ista una adecuada disoluci.n de partícula
K.,.5 Cla)'?'(a(':n 9 )!l!((':n d! ar'a$l!) %2 Cariables independientes para el estudio son las siguientes@
& solidos o relaci.n solido>li3uido oncentraci.n de los reactivos (p!) 9emperatura *gitaci.n
'a variable tamaBo de partícula se considerara como constante y no será motivo de estudio, dado 3ue la muestra a estudiar es preconcentrado proveniente del proceso de lotaci.n, puesto 3ue para el proceso el tamaBo de grano se encuentra en malla $"# de la serie 9yler, en caso de moler más ino signiicaría mayor costo %22 Cariables dependientes
6.3.
9iempo de residencia & e0tracci.n Pureza de MnO 2
Con!r)':n @
'a conversi.n es una etapa muy delicada y este debe ser realizada tomando muy en cuenta algunos variables para obtener Pirolusita de me1or calidad y con mayor rendimiento Por lo 3ue, es necesario considerar algunas variables y se clasiican den@ %? Cariables 7ndependientes -
Ilu1o de o0idante oncentraci.n de agente precipitante p! acondicionamiento
%?2 Cariables +ependientes@ -
Drado de conversi.n 9iempo de residencia
K.4..,.5 OPTIMIACI1N
'a optimizaci.n de un proceso por medio de diseBos e0perimentales re3uiere del uso de una metodología o estrategia adecuada, 3ue nos lleve por el camino seguro y rápido para encontrar los valores .ptimos de un proceso ba1o estudio 6l primer paso en un e0perimento de caracterizaci.n, nos interesa determinar cuales variables del proceso inluyen en la respuesta 6l segundo paso es optimizar< el cual signiica determinar en 3ue regi.n los Procesos importantes conducen a la me1or respuesta (?")
K.4.,.5 DISEO E/PERIMENTAL DE PRUE+A CORRIDO 6ste tipo de diseBo es muy usado recuentemente en el campo de e0perimental, el diseBo esta es usado cuando las variables involucradas en el proceso están identiicadas de una manera gen5rica Pruebas o corridas de simulaci.n, dependen del n-mero de repeticiones elegido (como mínimo 2 repeticiones por combinaci.n)
VARIA+LES INDEPENDIENTES No.
% sólidos
Temp. o
C
1 2 3 4 5
S1 S2 S3 S4 S4
T1 T2 T3 T4 T5
VARIALES d! RESPUESTA
Concentración Agitación Reacvos [g/t] rpm K1 K2 K3 K4 K5
$ 9iempo de residencia $ & e0tracci.n $ Pureza de MnO2
R1 R2 R3 R4 R5
An7l')') d! ar'a$l!) Hara !l d')!o d! Hr=!$a) !;H!r'm!n%al!) 'as variables citadas en el cuadro anterior son considerados las más importantes en el proceso de li0iviaci.n, sin embargo es necesario realizar las siguientes consideraciones a ob1eto de reducir el n-mero de variables 6l tamaBo de partícula es importante en el proceso de li0iviaci.n, las partículas muy inas posee mayor área de contacto solido>luido, pero, la muestra para el estudio o e0perimentaci.n es preconcentrado de manganeso, la muestra es producto de la lotaci.n, el rango de tamaBo utilizado es ina ($##Z, ##&) y este es apto para someter a un proceso de li0iviaci.n Por lo 3ue, el tamaBo de partícula se considera una variable constante para el proceso de li0iviaci.n
Var'a$l!) 9 n'!l!) )!l!(('onado) 'a variable seleccionada se puede ver en la siguiente tabla, asimismo los niveles considerados como importantes son@ No.
% de sólido
Conc. Reacvos gr/t
Temperatura o
C
Agitación rpm
1 2 3 4 5
B.5 PROCEDIMIENTO E/PERIMENTAL B.. PROCESO DE CONCENTRACION 6n la primera ase del presente estudio de investigaci.n se busca elevar la ley del manganeso en base al análisis de dierentes alternativas de procesamiento como concentraci.n por gravedad, lotaci.n directa e inversa con el uso de diversos reactivos 3uímicos de lotaci.n Para el desarrollo e0perimental, en base al ob1etivo trazado, se diseB. el siguiente programa de traba1o@
Obtenci.n de una muestra representativa, en una cantidad apro0imada de ?## =g, en el yacimiento de mineral de manganeso de propiedad de la orporaci.n Minera de /olivia (OM7/O') aracterizaci.n ísica, 3uímica y mineral.gica de la muestra destinada al estudio de investigaci.n 60perimentaci.n metal-rgica en escala de laboratorio considerando tres diagramas de lu1o 3ue son@ oncentraci.n por gravimetría convencional, oncentraci.n por lotaci.n directa y concentraci.n por lotaci.n inversa *nálisis de resultados y determinaci.n de la me1or alternativa t5cnica y econ.mica para el enri3uecimiento del mineral de manganeso +iseBo del diagrama de lu1o del proceso con miras a su implementaci.n en la Planta Piloto
B...5 MUESTREO B....5 TOMA DE MUESTRAS INSITU 'a toma de muestras en el yacimiento del mineral de manganeso ubicado en el lugar denominado $$$$$$$ ant.n [[[, Provincia [[ del +epartamento de Potosí, se realizara utilizando el m5todo de m5todo de muestreo puntual, labor 3ue se desarrollara durante tres días por el personal t5cnico de la orporaci.n Minera de /olivia, encargado de la e1ecuci.n del traba1o geol.gico y cuantiicaci.n de reservas, en coordinaci.n con el personal encargado de la ase de e0perimentaci.n metal-rgica 'as muestras obtenidas en el terreno en una cantidad apro0imada de ?## =g, serán debidamente codiicadas para su traslado al laboratorio de procesamiento de minerales del 7nstituto de
7nvestigaciones en Metalurgia y Materiales (77M69M*9) de la :niversidad Mayor de an *ndr5s (:M*) para el desarrollo de los diversos traba1os en la ase de pruebas e0perimentales en laboratorio
B..,.5 DESCRIPCION PRELIMINAR DE LA MUESTRA Previo al desarrollo de las pruebas e0perimentales, en las muestras tomadas se realizara una observaci.n visual preliminar para establecer principalmente las características ísicas como tamaBo de grano, color, grado de susceptibilidad magn5tica, componentes mayoritarios y otros 3ue puedan brindar una inormaci.n adecuada para la caracterizaci.n especiica de la muestra
B..2.5 PREPARACION DE LA MUESTRA
F'g=ra 2@ +iagrama de lu1o de preparaci.n de muestras B.,.. CARACTERIACION DEL MINERAL CONCENTRADO 'a determinaci.n de la composici.n 3uímica y morología de la muestra integral del mineral de manganeso será sometida a los siguientes análisis@
-
*nálisis 8uímico *nálisis granulom5trico *nálisis mineral.gico, *nálisis de diracci.n de rayos \
6n el ensayo 3uímico preliminar realizado, se utilizo un mineral procedente de la zona ud del País, más propiamente del sector de la reserva iscal del +epartamento de Potosí, con una ley de 2R,?& de Mn y de 2,?Q& de Ie total 'os resultados de la muestra estará caracterizado los cuales darán paso la metodología o t5cnica a aplicarse
B.,.,. METODOLOGIA 'a visi.n general del marco metodol.gico seguido en el presente traba1o se muestra en la igura Q2 'os estudios se dividen en dos grandes ases@ a) Primera ase@ -
aracterizaci.n de la muestra
b) egunda ase@ -
-
-
6studio de la etapa de li0iviaci.n dinámica de esta muestra en soluciones acuosas de ácidos, así como de ácido sul-rico, acido o0álico y acido clorídrico para establecer grado de e0tracci.n 6studio de la etapa de puriicaci.n del licor li0iviado, en la cual se eliminan las impurezas 3ue se li0ivian con1untamente con el elemento deseado, 6studio de la etapa de conversi.n a MnO 2, 3ue involucran la precipitaci.n del Mn A2 en orma de idr.0ido de manganeso, la o0idaci.n con o0ígeno y>o ozono asta la ormaci.n de un precipitado mi0to de MnO2(s) A Mn2O?(s), y la posterior dismutaci.n de 5ste precipitado mi0to asta alcanzar el producto inal de MnO 2
F'g=ra B.,.,. D'agrama d! la m!%odologa !;H!r'm!n%al
Por otra parte, las li0iviaciones con cada disoluci.n li0iviante se realizaran tomando un modelo e0perimental, ba1o las mismas condiciones de agitaci.n y disoluci.n li0iviante empleada, de cada e0perimento se recolectara muestra lí3uida directamente del reactor en determinados tiempos
B.,.2. PROCEDIMIENTO E/PERIMENTAL B.,.2.. LI/IVIACION 6n esta operaci.n, el ob1etivo es llegar a niveles de alta eiciencia en la e0tracci.n del MnA2, para ello se estudiarán las siguientes variables@ a) 'i0iviaci.n con acido clorídrico, se estudiaran las variables independientes de 9emperatura, porciento s.lidos, agitaci.n y concentraci.n de acido clorídrico b) 'i0iviaci.n con acido sul-rico en presencia acido o0álico como reductor, se estudiarán las variables independientes de 9emperatura, porciento s.lidos, agitaci.n, concentraci.n de acido sul-rico y concentraci.n de ácido o0álico c) 'as variables 3ue se consideran constantes son@ tamaBo de partícula, tipo de reactor y d) variable respuesta el porcenta1e de li0iviaci.n y el tiempo
B.,.2. PLANIFICACION DE PRUE+AS E/PERIMENTALES Efecto de porcentaje de sólidos No.
% de sólido
Conc. Reacvos
Temperatura
Agitación
Observaciones
o
g/t
C
rpm
Temperatura
Agitación
1 2 3 4 5
Eecto de Concentración de reacvos . No.
% de sólido
Conc. Reacvos g/t
o
C
Observaciones
rpm
6 7 8 1! Efecto de porcentaje de sólidos No.
% de sólido
Conc. Reacvos g/t
Temperatura o
C
Agitación Observaciones rpm
11 12 13 14 15
Eecto de Tama!o de par"culas No. % de sólido Conc. Reacvos g/t 16
Temperatura o
C
Agitación Observaciones rpm
17 18 1 2! Res"#en de $aria%les óp&#os Conc. No. % de sólido Reacvos g/t 21
Temperatura o
C
Agitación Observaciones rpm
22 23 24 25
B.,.2... D!)(r'H(':n d! Hr=!$a) !;H!r'm!n%al!)
-
-
-
-
-
-
7nicialmente se medirá un volumen de " 'itros de acido de concentraci.n dada en cada e0periencia en un reactor con ca3ueta de calentamiento provisto de bales para 3ue e0ista una mezcla perecta, e calentara de acuerdo al caso, asta la temperatura dada y controlada, se aBade la muestra previamente pesada ( masa de "## g mineral con un tamaBo de partícula V 4#Z), es entonces 3ue se registra el tiempo a partir de este instante, ada tiempo de # Min, se e0trae del reactor una alícuota de 2 ml medido con una pipeta Mor accionado por un perilla de succi.n y se lleva a un vaso de precipitados 3ue contenga "# ml de agua, e iltra, y el licor iltrado se lleva con soluci.n de acido al "& (v>v) a un matraz aorado de 2## ml ( diluci.n) < Posteriormente de 5sta soluci.n se toma con una pipeta volum5trica una alícuota de " ml y se lleva a 2## ml con soluci.n de acido al "& (2 diluci.n), 'a soluci.n diluida se lleva al e3uipo de *bsorci.n *t.mica para eectuar las lecturas correspondientes para cada caso 'as Pruebas e0perimentales de li0iviaci.n, programadas para tal eecto, se e0tienden asta un tiempo determinado en la cual se observan niveles de e0tracci.n constante
B.,.2.,. H=r'?'(a('on d!l l'(or l';''ado B.,.2.,.. Pr=!$a) !;H!r'm!n%al!) 'a puriicaci.n de la soluci.n li0iviada, es el proceso continuado de la operaci.n anterior de li0iviaci.n del procedimiento de pruebas e0perimentales de li0iviaci.n, a partir de ello, se traba1a con otra muestra en paralelo la li0iviaci.n en las mismas condiciones y se procede de la siguiente orma@ -
-
-
:na vez concluida la li0iviaci.n en el tiempo programado asta la e0tracci.n constante, el sistema se somete a decantaci.n y se iltra (eparaci.n 7 (>')) con una bomba de vacío, se lava la torta con agua, obteni5ndose un licor de un volumen deinido ('2), *ntes de iniciar la precipitaci.n del Mn, se e0trae una alícuota de 2 ml y se aora a 2## ml, nuevamente, se toma de 5ste 2 ml y se aora a 2## ml con soluci.n de acido al "& (v>v), y se realizan lecturas por *bsorci.n *t.mica para determinar la concentraci.n de Mn y Ie en el licor ('2) Posteriormente, se agrega soluci.n de NaO! al #& asta p! controlado en cuatro puntos, del mismo modo se e0traen en cada punto alícuotas de 2 ml y se aora a ## ml, para realizar lecturas de Mn y Ie, asta eliminar el Ie 3ue impuriica el licor li0iviado
B.,.2.2. CONVERSION A MnO,
B.,.2.2.. PRECIPITACI1N 9 O/IDACION onsiderando las variables descritas, se realizan las pruebas 3ue a continuaci.n se detallan@
a@ Var'a$l!) !n !)%=d'o Cariables controlables p! del sistema +osiicaci.n del precipitante (NaO!) Cariables constantes@ 9emperatura, Ilu1o de o0igeno, ("## V %##) ml>min Celocidad de agitaci.n, %## rpm Cariables 7ndependientes@ Iactor de diluci.n (Columen sol Mn A2 >Columen total sistema) Ilu1o de o0idante (O2 y>o O? ) Cariables dependientes@ 9iempo de conversi.n Drado de conversi.n -
$@ Pr=!$a) !;H!r'm!n%al!) 'a precipitaci.n de la soluci.n puriicada, es la operaci.n continuado del anterior inciso del procedimiento de pruebas de puriicaci.n, a partir de ello se procede de la siguiente orma@ -
-
-
-
-
:na vez concluida la puriicaci.n asta un p! de Q, el sistema se somete a decantaci.n y se iltra (eparaci.n 77 (>')) con una bomba de vacío, se lava la torta agua, obteni5ndose un licor de volumen deinido ('4), *ntes de iniciar la precipitaci.n del Mn, se e0trae una alícuota de 2 ml y se aora a 2## ml ( diluci.n)< nuevamente se toma de 5ste 2 ml y se aora a 2## ml (2 diluci.n) con soluci.n de acido al "& (v>v), y se realizan lecturas por *bsorci.n *t.mica para determinar la concentraci.n de Mn inicial en el licor ('") Posteriormente, se agrega soluci.n de NaO! al #& asta p! controlado en cuatro puntos, del mismo modo se e0traen en cada punto alícuotas de 2 ml y se aora a 2## ml, en algunos casos asta una segunda diluci.n, para realizar lecturas de Mn libre (no precipitado) 6n las pruebas iniciales e0ploratorias, se ensay. las pruebas de precipitaci.n del Mn A2, agregando NaO! en soluci.n al #&, se e0traen alícuotas en cada intervalo de tiempo para evaluar en el licor residual el contenido en Mn A2 libre *ntes de inyectar o0igeno al sistema, se realiza el análisis del balance real de lu1o de o0igeno, detallado en el acápite o0idaci.n del Mn(O!) 2, ,
-
-
-
-
determinándose un lu1o de "## a %## ml O 2>Min, con el cual se traba1ara en todas las pruebas de o0idaci.n :na vez determinado el lu1o de o0igeno, se procede a la inyecci.n de o0igeno y se agrega la cantidad determinada de soluci.n de NaO! al #& asta llegar a p! entre # V #,"< contando desde ese instante el tiempo inicial Posteriormente a intervalos de cada tiempo establecido se observara la ormaci.n de precipitados mi0tos 3ue cambian de color inicialmente blanco grisáceo, pasando por ca5 claro y por ultimo color marr.n oscuro, se e0traen alícuotas del sistema, se procede a la separaci.n del precipitado mi0to en el iltro y el licor, estos de analizan por separado, de acuerdo a la metodología@ 6l precipitado mi0to se llevara a un recipiente y se procede al análisis 3uímico por manganeso, de acuerdo a la Norma *9M 6 4%"$##, M5todo de determinaci.n de Mn en minerales por titulaci.n Eedo0, registrándose los datos de titulaci.n de =MnO 4 estandarizado 6l licor obtenido, se lleva a un volumen determinado y aorado con soluci.n de acido al "&, y se lleva al análisis 3uímico por *bsorci.n *t.mica (**)
B.,.2.2.,. DISMUTACION a@ S!l!((':n d! Var'a$l!) Cariables controlables a) p! del sistema b) +osiicaci.n del o0idante y acidiicante, !NO? "M Cariables constantes@ c) 9emperatura, %# d) Celocidad de agitaci.n, %## rpm Cariables 7ndependientes@ e) Eelaci.n >' ) Iactor de diluci.n (Columen sol MnA2 >Columen total sistema) g) Potencial del sistema Cariables dependientes@ ) Drado de conversi.n i) 9iempo de residencia
$@ Pr=!$a) !;H!r'm!n%al!) -
6n las pruebas iniciales e0ploratorias, se ensayara las e0periencias de dismutaci.n del producto mi0to (Mn 2O? V MnO2), 'i0iviando con dierentes reactivos o0idantes como el l 2, /r 2, !2O2, y !NO?, el 3ue más se adecua en esta etapa es el !NO ?, y se ensayara a dierentes concentraciones (M asta Q M), y a temperaturas de ( a %#), siendo la concentraci.n recomendada del !NO ? de " M y una temperatura de %# , ba1o estas consideraciones se traba1o mediante dos alternativas@
D')m=%a(':n d'r!(%a d!)H=) d! la Hr!('H'%a(':n 9 o;'da(':n@ -
9oda vez 3ue se inaliza el anterior proceso, el sistema se calienta a %#, agitando constantemente y se agrega !NO ? asta cierto nivel de p! y se e0traen alícuotas en cada intervalo de tiempo para evaluar en el licor residual el contenido en Mn A2 disuelto y el contenido de MnO 2 en el precipitado de color negro 6ste precipitado será sometido a análisis de diracci.n de E\
D')m=%a(':n Ind'r!(%a -
-
9oda vez inalizada la precipitaci.n y o0idaci.n, el sistema se separa por iltraci.n, se procede al lavado, secado y pesado del producto mi0to 6ntonces, se considera una relaci.n de (>') de #,, se calienta el sistema a %#, se li0ivia y se observa el cambio de color marr.n a un color negro con brillo metálico, en un tiempo de %# minutos, inmediatamente el sistema se separa por iltraci.n, secado y pesado del producto dismutado, se determina la ley en Mn, ba1o la Norma *9M y análisis por diracci.n de E\ del producto inal de la e0periencia
6n resumen, las etapas más importantes para la obtenci.n de MnO 2, tiene 3ue seguir los siguientes pasos undamentales@ a) 6tapa 'i0iviaci.n acida b) 6tapa de Puriicaci.n y concentraci.n del licor c) 6tapa de conversi.n $ Precipitaci.n y o0idaci.n $ +ismutacion
F'g.B.,.2. D'agrama d! ?l=&o d!l Hro(!)o 'drom!%alrg'(o) d!%allado
....5ANLISIS #UÍMICO DEL COMÚN CA+EA om-n cabeza
@
& Mn
...,.5PESO ESPECÍFICO REAL Y APARENTE 'os valores de peso especíico real y aparente obtenidos por duplicado ueron@ peso especiico real peso especiico aparente
W W
g>cc g>cc
...,.5ANLISIS GRANULOMÉTRICO * solicitud del interesado, no se a realizado el análisis granulom5trico de la muestra triturada a V ] pulg, sin embargo, se a constatado visualmente una liberaci.n parcial de los valores de la mena en tamaBos relativamente gruesos, liberaci.n 3ue se acent-a a medida 3ue disminuye el tamaBo de grano
...2.5 ANALISIS MINERALOGICO ...3.5 GRADO DE DUREA ..,.5 RESULTADOS DE LA E/PERIMENTACION * continuaci.n se presentan los resultados obtenidos en el presente traba1o de acuerdo al orden en el 3ue ueron desarrolladas las pruebas e0perimentales -
An7l')') <=m'(o d!l (omn (a$!"a P!)o !)H!(?'(o r!al 9 aHar!n%! D!%!rm'na(':n d! ar'a$l!) d! l';''a(':n 9 o$%!n(':n d! MnO, D')!o Hr!l'm'nar d! =na Hlan%a Hara o$%!n!r MnO,
-
B. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 6l inicio de cronograma de actividades se dará con la muestra de mineral preconcentrados de manganeso
. PRESUPUESTO El presupuesto requerido para ejecutar el proyecto está distribuido en: RECURSOS HUMANOS
El recurso humano que participan son: investigadores, co investigadores, auxiliares de investigación. Para cada uno de los participantes son profesionales pagados por la Carrera de Ingeniera !etal"rgica. EQUIPOS
#os equipos necesarios para la ejecución del proyecto son: grabadoras, videograbadoras, cá$aras, co$putador, i$presora, tinta i$presora, usb %&& 'igas, cds, $ultifuncional, papelera. Para cada equipo debe calcularse su valor co$ercial MATERIAL DE VIDRIO
El material de vidrio necesario es para el manejo de los reactivos muy enérgicos y en algunos casos serán sometidos a elevadas temperaturas. REACTIVOS QUIMICOS
#os reactivos qu$icos necesarios para la ejecución del proyecto son varias, los $is$os es para utili(ar en lixiviación, oxidación y precipitación. BIBLIOGRAFICOS Co$pra de libros, co$pra de artculos )para con$utación bibliográfica*, co$pra de
bases de datos, afiliación a redes. VIAJES
#os viajes tienen por finalidad, 'acer entrevistas a expertos, 'acer trabajos de ca$po recoger $uestras, para dic'os viajes será va terrestre o a+reo, )incluir n"$ero de das, valor de viáticos para ali$entación*. MATERIAL DE ESCRITORIO
a$bi+n se debe calcular en su$inistros y $ateriales, )instru$ento, tabla de apoyo, lapiceros, refrigerio etc*
ITEM
DESCRIPCION
R!(=r)o =manoW :n investigador un co$investigador, los mismos son remunerados por la :M*
2 ? 4 " % Q
E<='Ho) 63uipo de li0iviaci.n, Modelo 2#2#, ##rpm$"##rpm 63uipo de li0iviaci.n, Modelo 2#2, ##rpm$"##rpm 63uipo de li0iviaci.n, Modelo #", "##rpm 63uipo de li0iviaci.n, Modelo ?4$2, "##rpm$Q"##rpm 6lice de agitador de ], "2 mm /aBo maría Eecipiente cap # 't acero ino0
Ma%!r'al r!a(%'o) <=m'(o) R Kcido sul-rico Kcido nítrico # Kcido clorídrico *cido o0álico industrial 2 O0igeno industrial
? 4 " % Q
Ma%!r'al d! 'dr'o Casos de precipitado, cap 2 't Casos de precipitado, cap 't Casos de precipitado, cap >2 't Casos de precipitado, cap #? 't Casos de precipitado, cap # 't
Can%'d.
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MONTO >+).@
Q#%2 Q#%2 2%4# 2%4#
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63uipos para *nálisis 3uímico en 'aboratorio
R
'ámpara de cátodo ueco de Mn 6lectrodo de p!$metro
O%ro)
2# 2 22 2?
omputadora Portátil t.ner para 7mpresora 'aser 1et olor Mueble de computadora Material de escritorio (papel /olígraos, resaltadores, etc)
"
2### RQ# ?## $
2### 4?"# ?## ?###
V'a&!) Cisita a la planta de M lavi1o, reco1o de muestra de MnO 2 Cisita a la planta de NN, reco1o de muestra de MnO 2
+'$l'ogr7?'(o
TOTAL ^ Personal remunerado por la carrera
J. REFERENCIA +I+LIOGRAFICA *ntonio /allester Metalurgia 60tractiva Vol=m!n . Ed'%or'al Sn%!)') S.A. Madr'd E)Haa ,--L!!n)H'!l O. Ing!n'!ra d! la) R!a(('on!) #=m'(a) Oscar M, alle alder.n, Proceso de Puriicaci.n de la Pirolusita, Proyecto de grado, :M*, 2## 2 aoo et al, 'i0iviaci.n de minerales de manganeso ba1a ley con acido o0álico como reductor en medio de acido sul-rico, aBo 2### ? 'i0iviaci.n de minerales de manganeso con acido sul-rico, previa reducci.n carbotermica, Per- 2##? 4 'evenspiel Octave, 7ngeniería de las reacciones 3uímicas, R, 6spaBa " Ea-l Montealegre, Q, +iseBo 60perimental con aplicaciones a la metalurgia e0tractiva, :9O, Oruro, /olivia -
% 7nter Ozone ,istema Ozocav, proyecto de eliminaci.n de Ie y Mn, 7ngeniería 6col.gica, 7nternet Q P*/, 2, 6studio realizado por el programa de ooperaci.n *ndina a /olivia, 6l /i.0ido de Manganeso en /olivia, 6PEOM7N, 'aPaz$/olivia R =irU$:llman, 2##, 6nciclopedia de 8uímica dialogue en + EOM,N;$ :*
