2º Prueba Parcial de Hidrometalurgia

1) Para el proceso de lixiviación por agitación en contracorriente:a) Indique las características de dicha lixiviación.b) Como es la velocidad de disolución en cada agitador.c) Realizar un diagrama de flujo completo para esta lixiviación.

a) Las características de esta lixiviación son:- Trabaja con mayores granulometrías.- Mayores densidades de pulpa.- Se obtienen altas concentraciones en solución.- Hay menor costo de inversión.- Se reducen los tamaños de equipos y costos de operación en separación sólido / liquido.

b) La velocidad de disolución en los agitadores va disminuyendo ya que el mineral se va agotando, y esto implica un mayor tiempo de agitación.

c) Mineral Fresco solución reactivo agotada

Mineral

Agitador 1

Espesador 1 Solución rica

Agitador 2

Espesador 2Se agrega Ácido Agitador 3

Espesador 3

Residuos Pág. 1

2) Para un proceso de lixiviación por agitación en cocorriente:a) Indique las características de dicha lixiviación.b) Como es la velocidad de disolución en cada agitador.c) Realizar un diagrama de flujo completo para esta lixiviación.

a) Las características de esta lixiviación son:- Agotamiento del mineral y del reactivo lixiviarte  en forma paralela.- Necesita mayor tiempo de residencia.- Varias unidades de agitación (Todas las partículas tengan igual tiempo de residencia).

b) Si tenemos agitadores en serie

[M] [R] [M] [R] [M] [R]

1 2 3 d[M] = d[M] = d[M] dt dt dtPor lo tanto en este proceso las velocidades son distintas en cada agitador.

c) Mena

Chancado

Harneo (Diagrama de flujo para Lixiviación por agitación en Molienda cocorriente)

Clasificación

Agitación (Lixiviación)

Lavado y separación (Sólido/liquido)

Obtención del metal (SX , EW) Pág. 2

3) Nombre usos, ventajas y desventajas de la lixiviación por agitación.Usos: - para minerales no porosos - Gran producción de finos en el chancado.Ventajas: - Mayores recuperaciones (> 90%) - Menores tiempos de lixiviación - Gran automatización.Desventajas: - Mayor costo por etapa de chancado – molienda. - Necesita etapa de lavado separación sólido/liquido. - Producción de soluciones diluidas.Tipo agitación: Batch, cocorriente, contracorriente.

4) Para el proceso de cementacion de cobre, la velocidad de cementacion esta dada por d[Cu++]/ dt = - K x Ac x Ap x [Cu++].Explique cada uno de estos parámetros e indique las alternativas a manejar para acelerar este proceso.K = cte. de velocidad especifica del proceso, dependiente de condiciones de flujo y temperatura.Ac = Area catódica del precipitado (cemento de cobre).Ap = Area anódica del precipitante (chatarra de fierro).[Cu++] = Concentración inicial de cobre en el medio.- Para acelerar este proceso podemos aumentar la temperatura ya que así aumentaría la constante K, esto implicaría una mayor velocidad de cementacion.- Aumentando el área de la chatarra.

5) Explique porque el consumo de chatarra de Fe en la cementacion de cobre es mayor al consumo teórico.C. teórico = 0,88 unidades de Fe / unidades de CuC. practico = 1,2 – 2,5 C. teórico1.- Por acción del ion ferrosoFE+++ Disolución de especies oxidadas (Limonita). Oxidación de Fe +2 Fe +3 (Bacteriana)El ion ferrico aumenta el consumo de fierro por:- Consumo del medio precipitante 2Fe+3 + Fe0 3Fe+2- Redisolución del cobre precipitado 2Fe+3 + Cu0 Cu+2 + 2Fe+22.- Acción del oxigenoO2 Proveniente de aireación y/o acción de bombeo de soluciones.3.- Acción del H2SO4Efecto de corrosión del H+ sobre la chatarra de Fe Fe0 + 2H+ Fe+2 + H2PH de proceso 1,5 – 2,0 PH < 1,0 => > consumo de Fe. PH > 3,0 => precipitación de sales e hidróxidos de fierro. Pág. 3

6) Para el proceso de cementacion de cobre con chatarra de fierro (Fe):a) Por que el proceso es factible para cualquier concentración de cobre.b) Podría usarse algún otro metal como elemento precipitante, cual y porque.a) El proceso es factible debido a que es una reacción espontánea ∆G < 0 con lo cual ocurrirá para cualquier concentración, además la probabilidadpara que ocurra es del origen de 10^26 veces, eso si hay que tratar que la chatarra este libre de impurezas para el proceso. (pintura, barniz, etc.)b) Si se puede, se usaría aluminio ya que reúne las características para que el proceso sea factible, pero debido a su costo es antieconómico usarlo.

7) Escriba la ecuación que representa la cementacion de cobre con chatarra, de que rango es la pureza de un cemento de cobre en el mejor de los casos y como afectaría un PH alto (> 4) en el resultado del proceso Explique.- Fe0 + Cu+2 Cu0 + Fe+2- El cemento en el mejor de los casos es 80 – 85% Cu pureza- Si PH > 4, implica que precipitaran sales e hidróxidos de hierro (FeOH) y si retorna a la pila precipitaría provocando problemas de impermeabilización de la pila.

8) Explique el proceso de SX (extracción por solvente), y cuales son sus usos.Se basa en una reacción reversible de intercambio iónico entre dos fases liquidas inmiscibles, la fase orgánica (reactivo o extractante disuelto en un diluyente apropiado) y la fase acuosa, la cual contiene el metal que será concentrado en la fase orgánica.- Para limpieza de efluentes de plantas, para limpieza de metales pesados contaminantes y recuperación de especies.- Purificación de metales valiosos de elementos contaminantes.- Concentración de metales de interés desde soluciones.- Conversión de una forma química de una especie en otra.

9) Por que el PH es una de las variables más importantes en el proceso SX? Cu++(a) + 2HR(o) Cu R2(o) + 2H+(a) I II- Para que I entregue Cu al orgánico debe bajar la concentración de ácido. - Para que II entregue Cu a la fase acuosa debe subir la concentración de H+. Cuando se logra un cierto PH, no hay mas atropamiento de cobre por

el orgánico, y en la fase acuosa debe tener menor PH para que el extractante tenga la mayor capacidad de carga. Pág. 410) Realizar un esquema para un proceso de SX que cuenta con dos fases de extracción y una fase de re-extracción. En el mismo esquema indique las labores auxiliares, el movimiento de las soluciones y los valores normales usados en un proceso industrial.

Sol. Lixiviante 6 - 10 gr/ltr CU 5% P/v H2SO4 3 - 4 gr/ltr H2SO4

PH = 3 Pila

Agitador ( SX ) 0,1 gr/ltr Cu

Orgánico R o/a = 1:1 Acuoso Refino

180 – 200 g/L H2SO4 25 – 30 g/L Cu

Agitador ( ST )

Spend Orgánico

R o/a = 5:1 Acuoso 150 – 160 g/L H2SO4

45 – 50 g/L Cu

Cristalización EW

Cátodos 99,99% pureza Pág. 5

11) Nombre las principales características del extractante- Poco soluble a fase acuosa- Estable- No formar emulsiones estables con fase acuosa- Alta capacidad de carga- Fácil re-extracción- Soluble a diluyentes- Bajo costo 12) A partir de la ecuación general de SX para el cobre, determine el coeficiente de distribución para extracción (SX) y re-extracción (ST).

Vai * Xi Vaf * Xf Vai * Xi + Voi * Yi = Vaf * Xf + Vof * Yf SX Yf = Va (Xi – Xf) + Yi Vof * Yf Voi * Yi Vo

Vaf * Xf Vof * Yf Va * Xf + Voi * Yi = Vai * Xi + Vof * Yf ST Xf = Vo (Yi – Yf) + Xi Vai * Xi Voi * Yi Va

13) Nombre las características generales de las celdas industriales de electrodepositacion (EW).- 60 cátodos y 61 ánodos- Distancia de separación D = 10 mt.- Disposición paralela al eje de la nave- Espesor de la lamina inicial de cobre E = 0,6 mm- Tiempo permanencia = 7 días- Celdas construidas en poli hormigón armado- Uso de bolas de propileno- Temperatura de trabajo Tº = 45ºC- Uso de grúas – puentes, movidas por rieles- Presencia de estación de lavado de cátodo

14) Variables que intervienen en el proceso de EW electrodepositacion.- Voltaje de la celda y consumo de energía- Densidad de corriente- Eficiencia de corriente Pág. 6

15) Cuales son las partes que componen una celda electrolítica convencional. Nombrar y explicar- Superficie catódica = recuperación del cobre- Superficie anódica = Se produce O2 y H+ (Rx oxidante), debe ser inerte a la corrosión y contaminación.- Conductores eléctricos = permiten el paso de la corriente eléctrica- Electrolito = electrodo iónico- Cátodo = polo negativo- Ánodo = polo positivo

16) En que casos recomendaría un proceso de lixiviación por agitación y porque.- Para minerales no porosos- minerales donde hay gran producción de finos-Para material homogéneo, la mena debe ser fresca- Cuando exista una solo especie mineralogicaVentajas: Hay un proceso de movimiento de los sólidos, se obtiene mayor recuperación (>90%), en menos tiempo de lixiviación, proceso continuo que tiene gran automatización.Desventajas: Mayores costos por etapa de chancado y molienda, necesita etapa de lavado y separación sólido – liquido, producción de soluciones diluidas.

17) Que significa una prueba Batch?Es lo contrario de la prueba continua en donde entra la misma cantidad de sólido que sale y se mantienen las concentraciones, la cantidad de sólido y todo lo que entra se mantiene.Consiste en construir un reactor el cual esta limitado por dos aspectos:- La capacidad de un motor para mover una cantidad de pulpa. (% de sólido en esa pulpa), lo que mas se ha logrado en una pulpa en un 48,5% de sólido.Se debe establecer el tiempo de sedimentación del sólido en donde generalmente son de 5 a 10 min., si se mantiene mas tiempo puede que al prender el motor se quebré la hélice o se queme el motor.

18) En que caso podríamos aplicar una lixiviación por agitación en cocorriente.- Cuando la especie mineralogica sea una sola.- Cuando todas las partículas tengan aproximadamente el mismo tamaño o sea un producto clasificado.- Cuando las partículas tengan aproximadamente la misma forma.

- Cuando todas las partículas tengan la misma superficie especifica. Pág. 7

19) Explique mediante un diagrama de flujo el proceso de lixiviación en contracorriente. ¿Cuáles son los objetivos de este proceso?. Mineral Fresco solución reactivo agotada

Mineral

Agitador 1

Espesador 1 Solución rica

Agitador 2

Espesador 2Se agrega Ácido Agitador 3

Espesador 3

Residuos

Los objetivos de este proceso son:- La mayor Granulometría posible- La mayor densidad de pulpa posible- Obtener la mayor concentración del mineral [M] en solución- Minimizar capacidad volumétrica de equipos Þ < costo de inversión - Reducir tamaño de equipos y costos de operación en separación S/L

20) Nombre las impurezas más comunes en electrodepositacion y explique sus efectos en el proceso.1.- El ion ferrico: Consume parte de la corriente catódica Fe+2 y en ánodo ambiente oxidante => Fe+2 Fe+3, se debe remover el Fe ya sea por descarte, precipitación o SX.- Fe+3 corroe orejas de los cátodos por 2Fe+3 + Cu => 2Fe+2 + Cu+2- Altas concentraciones de Fe+3 implica baja eficiencia de corriente.2.- El Ion cloruro: Cl en electrolito => cloruro cuproso, depositándose en el cátodo lo cual produce perdidas de Cu por volatilización durante el moldeo.3.- El ion plomo.El Cl y el Mn además del Fe, son las mayores impurezas y para evitarlas:- Uso de una o más etapas de lavado.

- Diseño del estanque de orgánico como post-decantador.- Uso de coalecedor del tipo desarrollado por chuquicamata.- Combinación de cualquiera de las alternativas anteriores. Pág. 821) Cuanto es el consumo estequeometrico en una mena oxidada de cobre?1,54 kg de ácido por kg de cobre, cuando son menores es porque hay algo que esta aportando oxido en el sistema (la bacteria).

22) Para el proceso de SX explique los términos de orgánico continuo y acuoso continuo. Para obtener un proceso eficiente cuales son las condiciones y por que de trabajo, con respecto a los términos anteriores, en los siguientes puntos: a) Refino ; b) Orgánico cargado ; c) Electrolito cargado ; d) Orgánico descargadoOrgánico continuo: Son gotas de acuoso dispersas en la fase orgánica.Acuoso continuo: Son gotas de orgánico dispersos en la fase acuosa.a) Refino: este para una mayor eficiencia no debería llevar gotas de orgánico, ya que este vuelve a la pila y podría traer problemas de impermeabilización temporal del material, provocando una baja en las recuperaciones.b y d) Orgánico cargado y orgánico descargado: El orgánico cargado es el orgánico cargado con cobre, transfiere el cobre de la etapa de extracción a la etapa de reextraccion. El orgánico descargado es el orgánico con una menor concentración de cobre que sale de la etapa de reextraccion. No importa en que condiciones se trabaje ya que las soluciones recirculan en el proceso, pero se debe asegurar que no halla filtraciones de ambos en el proceso. c) Electrolito cargado: Este debe ser rigurosamente libre de contaminantes, debido que va a EW en la cual los cátodos deben salir puros y sin manchas con un 99,9999% de Cu de pureza.

23) Que se entiende por transferencia neta del reactivo y cual es el formulismo del porcentaje de extracción.Se define como la cantidad efectiva de la especie química de interés, que es transportada por el reactivo de SX, desde la solución rica al electrolito.

%Extracción = Ro/a x D _1 + Ro/a x D2

Donde D = [Cu++]o^T / [Cu++]a^T

En proceso de extracción => >> D

En proceso de re-extracción => << D Pág. 9

24) Explique el proceso de SX o extracción, el de ST o re-extracción y el de EW.- La fase orgánica esta compuesta por 2 hidrocarburos, por ende tiene la capacidad de atrapar iones. La química de intercambio iónico entre ambas fases (fase acuosa y fase orgánica) esta gobernada por el PH que debe ser extremadamente ácido y se regula con la concentración de ácido.En la mezcla se generan microgotas las que se intercambian iones desde la fase acuosa a la fase orgánica y de la fase orgánica a la acuosa se traspasan cationes, por ende la mezcla o agitación tiene que ser adecuada para que estos traspasos se produzcan en forma eficiente. La primera etapa de traspaso se denomina purificación, posteriormente hay una sedimentación en donde se hace la separación del volumen orgánico del acuoso, estos son volúmenes de líquidos inmiscibles.- Luego se produce la fase stripping (ST) de re-extracción en donde recuperamos cobre de la fase orgánica. Esta fase recibe una cantidad de concentración de ácido el que aporta la etapa de EW recuperado de la fase (ST) por lo menos 50 g/L de cobre que va al sistema de EW en donde se repite el proceso y el cobre va al cátodo y el ácido se sobrecarga y va nuevamente a la fase (ST) o de re-extracción. 25) Explique que es la isoterma de distribución y como se determina.La isoterma de distribución es un gráfico de la concentración de laespecie extraída en la fase orgánica versus la concentración de la misma en fase acuosa, en el equilibrio y a una temperatura dada, y puede ser preparada para extracción como para reextracción.Normalmente la forma más utilizada para construir la isoterma de extracción es contactar en diferentes proporciones el acuoso y el orgánico, y analizar por el elemento metálico una vez logrado el equilibrio. Las fases orgánicas y acuosas se ponen en contacto en un embudo decantador y se agita durante 5 minutos. Luego se deja decantar las fases. Generalmente se emplean razones O/A de 10/1, 5/1, 2/1, 3/2, 1/1, 1/2 y 1/5.Isotermas de extracción y de re-extracción pueden ser generados de manerasimilar. Los isotermas son válidos solamente para condiciones similares al las condiciones que se emplearon para su determinación. Por ejemplo, si cambia la concentración de reactivo en el orgánico, la concentración de metal en solución en la fase acuosa u orgánica, el pH de la solución rica, laconcentración de ácido del electrolito descargado, etc...., entonces habrá que generar otra isoterma de distribución. Pág. 10

26) Realice un esquema proceso SX que cuente con 2 fases de extracción y fases de re-extracción.Re-extraction (stripping) Ao Xf + On+1 Yn+1 = An Xn + O1Y1Ao Xf On+1 Yn+1 Xf = (Yn+1 – Yn) Vo + X1 Va

Voa = Van = VaO1 Y1 An Xn Vo1 = Von+1 = VoAo = Q volumétrico fase acuoso que entra.An = Q volumétrico fase acuoso que sale.O1 = Q volumétrico fase orgánico que sale.O2n+1 = Q volumétrico fase orgánico que entra.

Extracción (SX) Ao Xf + O2 Y2 = A1 Xn + O1 Y1

Ao Xf A1 Xn Ao = A1 = A O2 = O1 = O Donde Y1 = Y2 + A/O (Xf – Xn)O1 Y1 O2 Y2 Yn = Yn+1 + A/O (Xf – Xn)Y1 = concentración fase orgánica que va STYn+1 = concentración fase orgánica viene STXf = concentración fase acuosa que viene de lixiviaciónXn = concentración fase acuosa descargada

BIOLIXIVIACIONLa biolixiviación se define como el ataque y solubilización de un mineral por acción bacteriana. Cuando la superficie del mineral donde reside la bacteria se humedece, ésta desarrolla toda su actividad oxidando espontáneamente a sulfuros metálicos, generando Fe(III), sulfatos solubles y ácido sulfúrico. Thiobacillus ferrooxidans (1947) que su presencia en las aguas de mina de Río Tinto en Huelva, España, era responsable del gran deterioro que sufrían los equipos metálicos en las instalaciones de la mina. Bryner y Beck (1947) encontraron, thiobacillus ferrooxidans y thiobacillus thiooxidans. Otras: Leptospirilium ferrooxidans, sulfobacillus acidanus y sulfolobus.Biolixiviación: consiste en poner en solución el metal de interés durante la oxidación bacteriana. El metal se recupera de la solución y el residuo sólido se desecha. Biooxidación: proceso oxidar las especies reducidas de azufre y degradar

la matriz mineral, generalmente pirita o arsenopirita, la cual contiene oro, plata o ambos metales finamente diseminados. Pág. 11

MICROORGANISMOS Quimiolitótrofos: energía mediante la oxidación de materiales inorgánicos. Autótrofos: utilizan el CO2 como única fuente de carbono (autótrofos obligados). Heterótrofos: obtienen CO2 metabolizando compuestos orgánicos. Algunos heterótrofos tienen la facultad de ser autótrofos en determinadas condiciones (autótrofos facultativos).Intervalos característicos de temperatura: Criófilas, en frío (< 20°C)Mesófilas, en caliente (20-40°C); Termófilas moderadas, en un medio más caliente (40-55°C); Termófilas extremas, necesitan ambientes muy calientes (> 55°C).MECANISMOS Predominan básicamente 2 mecanismos de acción:El ataque directo o enzimático del mineral por una o más bacterias.El contacto físico entre la bacteria y el mineral es necesario.El ataque indirecto del mineral por uno o más productos del metabolismo de las bacterias, como Fe3+/H+. El contacto físico entre la bacteria y el mineral no es necesario.Mecanismo directo: La bacteria que está en contacto directo con la superficie del mineral, oxida al hierro y al azufre de los sulfuros metálicos a sulfatos. La oxidación proporciona la energía para el crecimiento de las bacterias.Mecanismo indirecto: El sulfuro metálico es oxidado químicamente por la acción del agente oxidante, Fe3+. La función de los microorganismos es regenerar a esta especie. Si la oxidación química es completa se obtienen Fe2+ y SO42-. Cuando es incompleta se generan Fe2+ y S°, en cuyo caso la bacteria oxida también el S° a SO42, regenerando el medio H2SO4.Ventajas de la biolixiviacion- Tiempos más cortos para obtener permisos ecológicos por lo que reduce globalmente el tiempo de explotación de la zona.- Ausencia de emisiones de SO2.- La selectividad del ataque microbiológico permite la fácil separación de los subproductos. Menos costo y tiempo para legalizar los desechos.- Bajo consumo de reactivos. Microorganismos acidifican el medio.Desventajas de la biolixiviacion- Pese a que las bacterias aceleran el proceso de disolución la cinética es aún lenta, días, meses e incluso años dependiendo del material y del método empleado.

- Aunque los equipos que utiliza son sencillos hay dificultad para implantarla a partir de los procesos en funcionamiento.- La industria extractiva dispone de muy poco margen de maniobra para la implantación y adaptación de nuevos procesos. Pág. 12