FLOTACIÓN Y TOSTACIÓN DE MINERAL DE COBRE
ESNEIDER CHIQUILLO GARCIA ELIO MANUEL TELLEZ ANDREA PIRATOBA JOHN REYES ALARCON
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA TUNJA 2013
FLOTACIÓN Y TOSTACIÓN DE MINERAL DE COBRE
Presentado por: ESNEIDER CHIQUILLO GARCIA ELIO MANUEL TELLEZ ANDREA PIRATOBA JOHN REYES ALARCON
Presentado a: ING. CLAUDIA PATRICIA MOLINA GALLEGO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA TUNJA 2013
TABLA DE CONTENIDO
Pág. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………… 4 OBJETIVOS………………………………………………………………………. 5 MATERIALES Y REACTIVOS…………………………………………………. 6 MARCO TEÓRICO………………………………………………………………. 7 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………………………. 9 ALCANCES Y LIMITACIONES………………………………………………... 11 ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………… 12 CUESTIONARIO………………………………………………………………... 13 CONCLUSIONES……………………………………………………………….. 16 INFOGRAFÍA…………………………………………………………………….. 17 ANEXOS………………………………………………………………………….. 18
INTRODUCCIÓN
La tostación es un proceso pirometalúrgico que consiste en la reacción entre sólidos y gases a altas temperaturas (de 500℃ a 800℃), sin llegar a la fusión, que permite transformar los sólidos en compuestos más favorables para la recuperación de sus elementos de valor. La reacción generalmente implica una oxidación parcial de los sulfuros de la muestra con la eliminación parcial del azufre de ésta en forma de dióxido de azufre. Las variables termodinámicas que intervienen en el proceso de tostación son: temperatura y composición de los gases, ésta última referida a la atmósfera; mientras que las variables cinéticas son: granulometría, en cuanto al tamaño y forma de las partículas, composición química, porosidad inicial, transferencia de calor, y tipo de horno utilizado. La fase gaseosa contiene normalmente oxígeno y dióxido de azufre en la alimentación, y productos y cantidades menores de gases como el trióxido de azufre y disulfuro, dependiendo de las reacciones de oxidación que se desea que se desarrollen. Para convertir un sulfuro en óxido se debe trabajar en una atmósfera oxidante, aunque al trabajar en atmósfera oxidante no se puede controlar totalmente la formación del óxido o del sulfato. Así, desde el punto de vista químico, en la tostación pueden ocurrir reacciones como oxidación, reducción, sulfatación o cloración. La tostación depende de la difusión de las especies químicas a través de los productos y hacia el frente de la reacción en cada partícula. Para ayudar a la difusión, debe haber una corriente de aire para mantener la presión parcial de los productos gaseosos en el exterior de las partículas con un valor pequeño.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Concentrar mineral de calcopirita CuFeS2 para realizar una tostación a muerte.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Tostar el mineral concentrado de cobre a una temperatura superior a 750°C.
Eliminar el azufre del mineral hasta formar óxidos.
Durante la tostación agitar el mineral cada media hora, para conseguir una tostación homogénea.
MATERIALES
Martillo Trituradora Pulverizadora Bandejas Celdas de flotación Probetas Vasos de precipitado
REACTIVOS
Catalizador: cal viva Depresantes: Silicato de sodio Colectores: A-31 Espumantes: Aceite de pino
Papel indicador de pH Mufla de secado Coquilla para tostar Horno de tostación Pirómetro digital Bolsas plásticas (para guardar el mineral)
MARCO TEORICO
CONMINUCIÓN Básicamente es el proceso mediante el cual se produce una de reducción en el tamaño de grano del mineral, mediante trituración y molienda, con el objetivo de liberar las especies diseminadas, facilitar el manejo de los sólidos o como en el caso particular, obtener un material de tamaño apropiado y controlado para llevar a cabo posteriormente un proceso de flotación y tostación del mineral.
FLOTACIÓN La flotación es un proceso de concentración que aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o interfaciales del mineral y la ganga. Se basa principalmente en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de aire que son llevados a la superficie donde se recuperan y recolectan como concentrado; estas burbujas de aire son generadas en la pulpa por algún medio externo, en la celda de flotación. La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y constituye el relave. La superficie de las partículas sulfuradas debe encontrarse parcialmente cubierta por algún colector, esto para lograr una buena interacción con las burbujas de aire. Entre los colectores más usados pueden citarse los xantatos. Liberación de la especie de valor: Para lograr una buena concentración, se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas.
FLOTACIÓN BULK Recuperación de todas las especies valiosas como oro, plomo, plata, zinc,cobre, entre otros, en un solo producto llamado Concentrado Bulk.
TOSTACIÓN La tostación es una operación preparatoria de los minerales de tipo metalúrgico. Se utiliza en su forma oxidante para transformar los sulfuros metálicos minerales en óxidos o sulfatos. El sistema químico-físico correspondiente está compuesto de: metal, azufre, y oxígeno, y admite un máximo de cinco fases en equilibrio. La operación industrial se realiza en presencia del aire atmosférico y a temperaturas entre 500 y 900 grados, que siendo superiores a la de ignición o auto cebado de la reacción no superan el punto de reblandamiento de la carga. Las reacciones son exotérmicas utilizándose parte del calor generado para precalentar la carga y el aire, recuperándose el sobrante fuera del reactor, normalmente en generación de vapor. OBTENCION DEL COBRE A PARTIR DE SUS OXIDOS: Si se trata de una mena oxidada, la cuprita (Cu2O) o la Tenorita (CuO) se le acondiciona en una pila (Montículo de mineral) donde se le rocía con una solución de ácido sulfúrico, en el proceso denominado de lixiviación, obteniéndose en esta etapa la llamada solución rica o preñada que consiste en agua, sulfato de cobre e impurezas. En la siguiente etapa, denominada de purificación, se somete, la solución rica, a la acción de solventes orgánicos, dejando en la solución ácido sulfúrico regenerado e impurezas, los que son retornados a las pilas. El electrolito cargado pasa a las celdas de electro deposición, den donde el electrolito se descompone por acción de la corriente eléctrica, depositándose el cobre en el cátodo de la celda, y obteniéndose un cobre de alta pureza (99.999%). El electrolito estéril vuelve a unirse al solvente cargado para tomar el cobre y renovar el ciclo.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1) Se tomó una muestra en bruto de mineral de calcopirita. 2) Se trituró el mineral y luego se molió hasta obtener un peso de 1000 gramos. 3) Se cuarteo y se guardaron 200 gramos del mineral para luego tomar una muestra. 4) Se flotaron 800 gramos del mineral en 4 flotaciones con el siguiente procedimiento: 4.1) Se depositaron 200 gramos de mineral en la celda de flotación, se adicionaron aproximadamente 2000 ml de agua y se encendió la celda para el acondicionamiento de la pulpa por 2 minutos. 4.2) Se realizó una flotación Bulk para deprimir las partes metálicas inertes. 4.3) Se agregó cal suficiente hasta obtener un PH=8. 4.4) Se adicionó 1 gota de A-31. 4.5) Al minuto, se agregó 1 gota de xantato. 4.6) Se dejó acondicionar por 10 minutos. 4.7) Se adicionó 1 gota de aceite de pino. 4.8) Se dejó en reposo por 3 minutos y se abrió aire. 4.9) Finalmente, se recogió la espuma en una bandeja. 5) Las colas se quedan en las celdas, las cuales se recogen y se apartanpara una posterior flotación con el siguiente procedimiento: 5.1) Se vuelven a flotar los concentrados obtenidos en la flotación Bulk con un PH=12 para depresar la pirita y se agregó el colector y se acondicionó por 10 minutos. 5.2) Se recogió la espuma.
5.3) Se flotaron las colas de la flotación con un PH=8 para aprovechar al máximo el mineral. 5.4) Se realizó el procedimiento anterior hasta flotar los 800 gramos de mineral. 6) Se secó el mineral flotado en el horno. 7) Se pesó el mineral a tostar con una temperatura superior a 620 gramos buscando eliminar los sulfuros presentes en el mineral. 8) Se depositó el mineral de calcopirita en un recipiente resistente a alta temperatura y se colocó dentro de la mufla. 9) Se encendió la mufla y se realizó la tostación a muerte, controlando la temperatura para que no exceda aproximadamente los 850°C. 10) Después de que el mineral alcanzó los 700°C, se revolvió el mineral cada media hora para que la tostación fuera homogénea. 11) Se dejó enfriar la mufla y se retiró el mineral tostado. 12) El mineral tostado tuvo un peso de 238 gramos.
ALCANCES Y LIMITACIONES
Alcances A pesar de que se obtuvo la mitad del mineral triturado después de la flotación, éste salió bien concentrado que era realmente el objetivo, poseer mineral con bastante porcentaje de Cu para luego la tostación.
Limitaciones Por una inoportuna baja en la electricidad en la universidad, el horno de mufla no alcanzó la temperatura planeada desde el principio para la eliminación completa de la presencia de sulfuros.
ANALISIS Y RESULTADOS
Del proceso de tostación se obtuvieron 238 gramos de calcina.
Se agregó una muestra de 2 gramos de calcina en una probeta, se agitó con 4 ml de agua y el mineral tomó una coloración café-rojiza.
Según la teoría los óxidos de cobre más principales son: la Cuprita (Cu2O) y la Tenorita (CuO), el óxido más parecido al color de nuestra muestra es el (Cu2O).
CUESTIONARIO
Realice un esquema general de Flotación.
Según el marco teorico, ¿Qué tipo de flotación se realizó en el laboratorio? R// En el laboratorio realizamos dos tipos de flotación, las cuales son Rougher y scaveenger, que esta última se hizo con las colas de la Rougher
Enuncie l peso del concentrado. R// El peso del concentrado fue de 238 gramos.
Explique qué objetivo cumple la tostación a muerte, ¿porque y para que se realiza? R// la tostación a muerte, tiene como objeto agotar al máximo el azufre presente como S- en un mineral, la tostación debe llevarse a cabo en exceso de oxígeno o “a muerte”. En estas condiciones la obtención de cenizas desarsenificadas de pirita sólo es posible en hornos de pisos o de cualquier otro tipo en que los gases y las cenizas lleven un recorrido en contracorriente. Como generalmente en este tipo de hornos el calentamiento del mineral es relativamente lento y gradual, la decrepitación es mucho menor, por lo que las cenizas resultan de granulometría muy adecuada para los tratamientos de lixiviación con que se suelen iniciar los procesos hidrometalúrgicos de recuperación de los metales.
Diagrama de Kellogg – Ingraham respectivo.
Diagrama de kellog para los sistemas de Cu-S-O (a) y Fe-S-O (b) a las temperaturas típicas del proceso de tostación oxidación – 723, 873 y 1273 k
Ecuaciones q se obtienen al tostar a muerte el mineral de Cu.
2CuFeS2 + 7.5O2 2CuFeS2 2CuFeS2 + O2 (g)
2CuSO4 + Fe2O3 + 2SO2 (1) Cu2S + 2FeS + S (2)Cu S + 2FeS + SO (g) (3) 2
2
2CuFeS2 + O2 (g)
Cu2S + 2FeS + SO2 (g) (4)
2FeS2 + 2O2 (g)
FeS + 2SO2 (g)
FeS + 2O2 (g) Cu2S + SO2 (g) + 3O2 (g) 2Cu2S + 5O2 (g)
(4.1)
FeSO4 (g) (5) 2CuSO4
(51)
2CuO.CuSO4 (5.2)
2FeSO4
Fe2O3 + SO2 (g) + SO3 (g) (6)
CuSO4
CuO + SO3 (g)
CuO.CuSO4
(7)
2CuO + SO3 (g) (8)
CONCLUSIONES
Obtuvimos un mineral de calcopirita rico en cobre gracias a la buena flotación que hicimos en el laboratorio, ya que este proceso lo realizamos cuatro veces para obtener un mejor concentrado.
En el proceso el azufre se combinó con el oxígeno del aire para formar dióxido de azufre gaseoso, y también resultó un óxido metálico. Los óxidos se reducirán después por fundición.
En el proceso de tostación se agitó el mineral cada media hora para que se lograra eliminar el azufre por completo y así quedara una calcina rica en oxido de cobre.
INFOGRAFÍA
http://blog.educastur.es/tecnoaller/files/2011/02/principios-de-metalurgia.pdf http://ingenierosdeminas.org/biblioteca_digital/libros/Manual_Mineria.pdf http://es.scribd.com/doc/17105074/FLOTACION-DE-MINERALES
http://www.monografias.com/trabajos69/trituracion-mineral/trituracionmineral.shtml
http://www.gama-peru.org/libromedmin/capitulo/5/5-6-3-1.htm
http://www.monografias.com/trabajos24/materiales/materiales.shtml
ANEXOS
Mineral de CuFeS2en el proceso de flotación.
Concentrado de mineral
Secado del concentrado
Mineral listo para la tostación.
