Diseño de Plantas Metalúrgicas.pdf

DISEO DE PLANTAS HIDROMETALRGICAS

ING. JULIO BONELLI A.

SANTA ANITA, NOVIEMBRE 15 DE 2014

Ocurrencia de Oro en los

Yacimientos

Oro libre

Oro refractario

Oro Libre

Fundamentos de la disolucin de oro en Soluciones

Cianuradas

Termodinmica.

Mecanismos y velocidad de disolucin.

Etapa controlante de la reaccin.

Termodinmica de la Disolucin de Oro

Oro es un metal extremadamente noble.

Se requiere de oxidacin y complejamiento para disolverlo.

Oxgeno del aire ( oxidante).

Cianuro libre disuelto ( complejante).

Mecanismos y Velocidad de Disolucin

Varias investigaciones para aclarar mecanismos de disolucin de oro.

Kudryk y kellog en 1954.

Cathro y koch en 1964.

Etapa Controlante de la Reaccin

Difusin de los reactantes a la superficie de reaccin, a traves de capa de Nernst.

Transporte difusivo de oxgeno es el que mayormente controla la reaccin.

Productos de oxidacin de oro.

Cambios en la etapa controlante de la reaccin.

Reactivos alternativos al Cianuro

Tiosulfato

Tiocianato

Tiourea

Halgenos

Otros

Lixiviacin de oro en pilas

Tcnica simple y de muy bajo costo para beneficiar minerales de oro de baja ley.

Periodos sumamente cortos de implementacin de los proyectos.

Instalaciones porttiles para recuperacin de oro.

Aplicacin a proyectos de gran minera.

Condiciones tcnicas favorables para el desarrollo

de la lixiviacin en pilas

Ocurrencia de oro fino.

Roca porosa y permeable.

Ausencia de mineral refractario (carbonaceo).

Ausencia de cianicidas.

Ausencia de finos ( aglomeracin).

Ausencia de constituyentes generadores de acidez.

Lixiviacin de oro por agitacin

Tcnica apropiada para beneficiar minerales de alta ley (> 5 g/t au).

Se requiere molienda del mineral para liberar partculas de oro.

Reactores utilizados: tanques agitados mecnicamente y con aire.

Proceso convencional vs. Carbn en pulpa (cip)

Factores que afectan la Lixiviacin

Eficiencia de agitacin.

Densidad y viscosidad de la pulpa.

Concentracin de cianuro libre.

Concentracin de oxgeno disuelto.

Tiempo.

Temperatura.

Otros.

Aspectos econmicos de la lixiviacin por agitacin

Tamao de oro y tiempo de lixiviacin.

Aire enriquecido y oxgeno tcnico insuflado.

Concentracin de cianuro.

Mayor intensidad de agitacin.

Incremento en la capacidad de tratamiento (mayor tonelaje).

Carbn Activado

Los poros han sido clasificados en tres grupos, segn la IUPAC tomando como referencia su espesor:

Los microporos. ( 2nm & < 50nm); que fijan las grandes molculas.

Los macroporos. (> 50nm); (5%) estos constituyen las vas de acceso que facilitan la rpida difusin en los meso y microporos

Adsorcin de oro en carbn activado

Compite muy favorablemente con merrill crowe (mc) cuando se refieren a plantas auriferas de gran capacidad

Mc es desventajoso por altos costos de filtracin y clarificacin.

Carbn activado es muy flexible en su aplicacin.

Nuevos proyectos apuntan a esta tecnologa de recuperacin de oro.

Carbn en pulpa (cip). Es la prctica mas comn y es aplicada a lodos, minerales molidos o a calcinas cianuradas en tanques agitados. La mayor ventaja es la eliminacin de la etapa costosa de separacin slido-lquido necesaria para el proceso Merrill - Crowe. En este proceso una pulpa de mineral es lixiviada en tanques agitados, luego esta pulpa es introducida en otra serie de tanques ms pequeos al que se le agrega carbn activado granular para la adsorcin oro/plata. El carbn es separado por tamizado y tratado qumicamente para la recuperacin de oro.

Carbn en lixiviacin (CIL). Esta es una modificacin relativamente nueva del proceso carbn en pulpa y puede ser preferido sobre la tecnologa convencional CIP en ciertos casos. En este proceso, la lixiviacin con cianuro desde el mineral y la adsorcin de iones Au (Cn)2

- sobre el carbn son realizadas simultneamente en el mismo reactor. As los tanques usados para la lixiviacin generalmente requieren un tiempo de residencia ms largo que la adsorcin y una velocidad razonable de adsorcin es lograda slo a cierta concentracin mnima de oro en la solucin, puede ser preferido usar uno o dos tanques slo para lixiviacin y el resto para lixiviacin y adsorcin.

Carbn en columna (CIC). Las soluciones de lixiviacin generados en la mayor parte de operaciones de lixiviacin en pila de minerales de oro y plata de bajo grado, estn prcticamente libres de slidos en suspensin. La solucin cargada es pasada a travs de una columna con carbn. La solucin entra en la primera columna que contiene el carbn ms cargado con oro y sale por la ltima columna, como solucin barren. Cuando la primera columna alcanza una pre-determinada carga de oro, es removida desde el circuito y una columna de carbn fresco es adicionada a la cola al final del circuito.

Adsorcin de oro en carbn activado es muy selectiva para este metal.

Otros complejos metlicos compiten con el oro.

Au(cn)2- > ag(cn)2

- > hg(cn)2- > cu(cn)3

-2 > CN-

Bajos valores residuales de oro en soluciones barren de desorcin.

Seleccin de carbn activado apropiado.

Mecanismos de Adsorcion de Oro

Estructura de poros en el carn activado ( macro, meso y microporos).

Velocidad de adsorcin en poros es controlada por transporte de masa de especies aurocianuradas a la superficie del carbn activado.

Complejos aurocianurados se adsorben primero en macro y mesoporos.

Subsiguientemente, los complejos aurocianurados migran, por difusin porosa, hacia los microporos.

Este proceso difusivo es sumamente lento.

Adsorcin en microporos no es favorable porque requiere de una elucin ms prolongada.

Resistencia a la atriccin es vital para el proceso de adsorcin; las prdidas del metal precioso estn relacionadas muy directamente con la cantidad de finos de carbn que se generen durante el proceso.

Pruebas de resistencia a la atriccin son valiosas para seleccionar el tipo mas adecuado de carbn.

Selectividad de Adsorcin

Oro es adsorbido como complejo aurocianurado lineal, formando par inico con Ca++.

Este mecanismo explica tambin la selectividad del carbn activado por otros complejo cianurados de plata, mercurio y cobre cuproso (lineales).

A partir de 03 grupos cianurados, la estructura del complejo cambia de lineal a espacial.

Adsorcin se vuelve mucho ms selectiva para el oro.

Adsorcin indeseada de cobre en carbn activado puede ser controlada por incremento de concentracin de cianuro y pH.

Complejos aurocianurados tienden a reemplazar a los complejos de plata en el carbn activado.

Factores que influyen en la Adsorcin de Oro

Temperatura.

pH.

Fuerza inica de la solucin.

Concentracin de oro en solucin.


Oxgeno disuelto.

Otros.

Desorcin de Oro

Su objetivo es producir un pequeo volumen de solucin de alta concentracin de oro.

Condiciones favorables para la desorcin: Alta temperatura, alto pH, baja fuerza inica y alta concentracin de cianuro.

Desorcin selectiva de cobre sobre oro y plata.

Procesos Zadra y Aarl son los mas usados por la industria:

La desorcin se lleva a efecto en una columna de fondo cnico donde se coloca carbn cargado, previamente lavado con agua y se hace pasar en sentido ascendente una solucin 1%naoh + 0.1%nacn, a 93-98c y a presin atmosfrica. En el proceso angloamericano la solucin tiene 1%NaOH + 5%NaCn, a 110c y a presin de 50-100 kpa.

Desorcin a alta presin:

El circuito es el mismo que el anterior, excepto que la operacin se lleva a cabo en una columna presurizada a 135-140c y a una presin de 350-550 Kpa (50-80 psi) con lo cual se logra una eficiente elucin de oro.

Precipitacin de Oro con Polvo de Zinc

Principales reacciones electroqumicas.

Reacciones catdicas que compiten con la precipitacin de oro.

Factores que afectan la eficiencia del proceso.

Principales Reacciones Electroqumicas

Zn = Zn++ + 2 e-

Zn++ + 4 CN- = Zn(CN)4-2

Zn(CN)4-2 + 2e- = Zn + 4CN-

Reacciones catdicas que Compiten con la

Precipitacin de oro

Precipitacin de otros metales mas nobles que el Zinc tambin precipitan.

Corrosin del zinc metlico (evolucin de hidrgeno).

Oxidacin por reduccin del oxgeno disuelto.

Industrialmente, se utiliza de 5 a 30 veces la cantidad estequiomtrica de zinc.

Etapas involucradas en la Precipitacion de oro

con Polvo de Zinc

Transporte de los complejos aurocianurados y del cianuro libre del seno de la solucin a la superficie del zinc metlico.

Adsorcin de los complejos aurocianurados y del cianuro libre en diferentes sitios de la misma partcula de Zinc metlico.

Transferencia de electrones entre el complejo auroso y el zinc metlico y la disociacion simultnea de los iones cianuro del complejo y la formacin de complejos cianurados de zinc, conjuntamente con la deposicin de oro en el zinc.

Desorcin del complejo cianurado de zinc formado as como de los iones cianuro liberados del complejo aurocianurado, de la superficie del zinc.

Transporte del complejo de zinc formado y de los iones cianurados liberados, al seno de la solucin.

Factores que afectan la Eficiencia del Proceso

Concentracin del complejo aurocianurado.


Concentracin de oxgeno.

Propiedades y caractersticas del polvo de zinc.

Influencia de los iones plomo.

Otros.

Flowsheet de una planta de Merrill Crowe

Aspectos ambientales de las Tecnologas Involucradas

Impactos al ambiente (agua, aire, suelos, biota y seres humanos).

Consideraciones de diseo en los esquemas estudiados a fin de prevenir impactos al ambiente.

Control de emisiones y efluentes en los esquemas estudiados durante la etapa operativa.

Cierre concurrente y definitivo de los principales componentes en los esquemas estudiados.

Post-cierre de los principales componentes e instalaciones.

Experimentacin Metalrgica y Anlisis de

Resultados

Programa preliminar de pruebas metalrgicas.

Programa complementario (ms completo y detallado) de laboratorio, involucrando nuevas muestras y todas las etapas relevantes del esquema seleccionado (pre-factibilidad).

Programa confirmatorio de laboratorio y pilotaje de todo el esquema o de algunas etapas crticas (factibilidad).

Diseo Conceptual

Secuencia preliminar y tentativa de las etapas que constituiran el diagrama de flujo.

Se plantea con pruebas de laboratorio de las etapas principales.

Consumo de reactivos en pruebas de laboratorio sirven como referencia para establecer costos de operacin.

Capital de inversin se establece referencialmente, con valores de plantas similares y adecuadas al presente caso.

Resultados de esta etapa sirven para determinar si el proyecto es atractivo o no y por donde ir de aqu en adelante .

Balance de materiales y d Diagrama de flujo

Cuantitativo

Pruebas completas a nivel de laboratorio, tanto para etapas principales como secundarias.

Cuantificacin del diagrama de flujo conceptual y proporcionar ms detalle de las etapas involucradas.

Balance de materiales para cada etapa del diagrama y del proceso integral.

Seleccin y dimensionamiento preliminar de equipos e instalaciones principales.

Listado de equipos principales y su valoracin.

Estimado factorado del capital de inversin.

Estimacin de costos operativos.



SANTA ANITA, NOVIEMBRE 22, 2014

Estudio de Casos

Lixiviacin, por cianuracin en pilas, de minerales oxidados aurferos- carbn en columnas- electrodeposicin.

Lixiviacin, por cianuracin en tanques mecnicamente agitados, de minerales oxidados aurferos- lavado en contracorriente- Merrill Crowe

LIXIVIACIN, POR CIANURACIN EN PILAS, ADSORCIN EN CARBN

ACTIVADO- DESORCIN- ELECTRODEPOSICIN: MINA ORTIZ

Caractersticas del Mineral

7.0 m tons. de minerales oxidados aurferos, con concentraciones menores de plata.

0.053 Oz/TON. Au ( 1.50 g/ton.) Y < 0.010 Oz/TON Ag.

Minado

3,500 tmpd de mineral ( 5 d/s y 2 t- 10 h.), Para una capacidad de planta de 2,200 Tmpd.

7,000 Tmpd de desmonte.

Transporte 1 km. en camiones ( 50 t.)

Trituracin y Clasificacin

03 etapas de chancado y clasificacin, considerando una de quijadas, una cnica y una shorthead.

Producto de chancado: 100% - 3/8 ( 9 mm ).

Transporte del mineral a la pila es por medio de una gra portatil (Travelling Gantry).

Evaluacin Metalrgica

Botellas en agitacin y columnas pequeas de percolacin.

Columnas grandes de laboratorio.

Columnas a escala piloto o pilas.

Lixiviacin en Pilas

PADS reusables ( 61m x 488m x 7m).

Adicin de Cal : 3 lb/ ton de mineral.

Solucin cianurada lixiviante: 0.07% cianuro ( 700 ppm cn-) a un pH entre 10.0 y 11.0, ajustado con Na (Oh).

Irrigacin: Wobblers a 0.010 gpm/pie2 (0.070 l/s/m2).

Consumo de cianuro: 1.0 lb/ton.

Ciclo de lixiviacin: 50 60 das.

Ciclo de lavado con agua: 03 das.

Drenaje : 04 das.

Transporte de residuo lavado: Cargador y 02 camiones, a una capacidad de 7,000 Tmpd.

Cada 08 a 10 semanas se remueve una pila lixiviada y se construye otra.

Esto involucra el manejo de unas 28,000 ton en ese periodo.

Bajas temperaturas en invierno ( nov.- Mar.) Obligaron a evitar que las soluciones se congelen.

Se implemento una instalacin a gas propano para calentar las soluciones (10m btu/hora).

Se consuman 120 gal. De propano/ hora cuando operaba el sistema de calentamiento.

Flujo de solucin cargada a recuperacin de oro en columnas registraba, en promedio, 850 gpm.

Adsorcin de oro en carbn

Circuito de adsorcin consta de 05 tanques de 8 x 8 en serie.

Inventario de carbn activado es de 7.5 ton en los 05 tanques.

Paso de la solucin cargada por los 05 tanques dura 07 minutos.

Cada 02 o 03 das, se extraen 1.3 ton de carbn cargado ( 375 oz. de oro) del primer tanque.

La reposicin de carbn activado descargado se produce en el quinto tanque.

Carbn semi-cargado del segundo tanque pasa al primero; del tercero pasa al segundo ; del cuarto pasa al tercero y del quinto pasa al cuarto tanque.

Desorcin de Oro

Solucin caliente (a 93 c), conteniendo 0.1% cianuro y 1% Na (Oh), es pasada a traves del carbn en los Stripping Vessels.

Proceso de desorcin dura 48 horas.

Solucin final (ms concentrada en oro) de este proceso va a las celdas electrolticas.

Electrodeposicin de Oro

Ctodo es de lana de acero (Steel Wool), dispuesto en bandejas de plstico.

Luego, estos ctodos son electrolticamente disueltos en un proceso de electroplateado, en el cual el oro es depositado como lmina, en ctodos pulidos de acero.

El depsito laminado final contiene 83% Au y 14% Ag.

El despegado del depsito es peridico y el metal precioso es enviado a la refinera.

Otros detalles tcnicos sobre adsorcin y

desorcin

Para contrarrestar un problema de lime coating, se extraan 1,500 lb de carbn activado del sistema cada da y se lavaban en una solucin de cido ntrico.

Se consuman 55 gal. de cido ntrico concentrado en este proceso.

Se adicionaban alrededor de 15 lb. de carbn activado por da para reemplazar la prdida por finos.

Regeneracin de Carbn activado

Carbn activado se reactivaba calentndolo, a 600 grados centigrados, en un horno tipo Kiln a gas propano.

Se consuman reactivos como cido ntrico para conseguir un adecuado lavado del carbn activado y evitar la acumulacin de insolubles en dicho producto.

Estimado de capital de Inversin

Sistema de lixiviacin en pilas y planta de recuperacin de oro: us$ 4 607,000 (1988).

Este monto involucra plantas porttiles y una disposicin simple de instalaciones.

Infraestructura: us$ 2 503,700 (1988)

Total : us$ 7 111,000

Estimado de Costo Operativo

Minera : us$ 4.50/ ton. de mineral.

Procesamiento : us$ 4.00/ ton. de mineral.

Administracin : us$ 0.70/ ton. de mineral.

Total : us$ 9.20/ ton. de mineral (1988).

Aspectos relevantes en lixiviacin, por cianuracin en tanques agitados

mecnicamente, de minerales oxidados aurferos- lavado del residuo en contracorriente-

Merrill Crowe.

Temas tcnicos importantes en lixiviacin

de oro con agitacin mecnica

Suspensin de slidos en la pulpa.

Transferencia de oxgeno a la pulpa.

Control de la reaccin de cianuracin.

Suspensin de Slidos

Velocidad promedio de ascenso de los elementos de fluido, a causa del movimiento rotacional del impulsor, contrarresta, con suficiente holgura, la velocidad de cada (libre o retardada) de todas las partculas slidas.

Capacidad de bombeo del impulsor.

Nivel de agitacin (total uniformity, off- bottom) es definido por la velocidad de ascenso que fija el impulsor.

Para un diseo adecuado, se requiere descripcin del tamano de las partculas, gravedad especfica del slido, viscosidad de la pulpa, etc.

Transferencia de oxgeno a la pulpa

Velocidad superficial de gas Vs.

rea interfacial especfica de burbujas por unidad de volumen de dispersin.

Coeficiente de transferencia de oxgeno Kla.

Kla = b ( pg/vs )m / vs n

Kla se determina experimentalmente de una manera ms confiable.

Determination of kLa

24 August 2007 Rev 1 Base Metals Technology Page 103

kLa : Mass transfer coefficient

(C*-C) : Mass transfer driving force

C* : Saturation dissolved oxygen in tank

C : Actual dissolved oxygen in tank

t : Time

CCakdt

dC *L

)tt(aktCC

tCCln 0L*

0

*

Standard Water Aeration Test Evaluations


Agitator Speed = 50rpm

0.009

0.011

0.013

0.015

0.017

0.019

0.021

0.023

0.025

0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005

Superficial Velocity (m/s)

kL

a (

1/s

)

A315

B

C

D

Correlations from high temperature bioleaching

operating data


Steady state operation of Thermophile Operations - Oxygen

ITR : High Oxygen 300m Reactor

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025

Inlet Gas Superficial Velocity (m/s)kla

(1/s

)

300m Reactor

Current Correlation

ITR : High Oxygen 50m Reactor

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

0.022

0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.001 0.0011

Inlet Gas Superficial Velocity (m/s)

kla

(1/s

)

50m Reactor

Current Correlation

The excellent agreement on the 50m reactor is expected as the correlation was

based on the 50m reactor data. The fit to the 300m was the test of the

correlation.

Control de la reaccin en Cianuracin

Control por transporte de oxgeno disuelto.

Control por transporte de cianuro libre.

Control electroqumico.

Parmetros Econmicos

Recuperaciones metlicas (oro y plata).

Costos operativos ( reactivos, energa,mantenimiento).

Capital de inversin (nmero de tanques, bombas, tuberas, etc.)

Volumen de reaccin y Tiempo de retencin

Se determinan con informacin de pruebas metalrgicas realizadas y con asesoramiento de empresas especializadas.

Nmero ptimo de tanques en serie.

Asegurar recuperacin por variacin en leyes de cabeza.

Escalamiento de Prototipos

Criterio utilizado para escalar prototipos es el nmero de potencia.

Np = p gc / n3 d5 p

Np debe ser el mismo para proporcionar similar patrn de flujo en ambos prototipos.

Anlisis de Residuos

Determinacin de prdidas solubles e insolubles de oro.

Permite aplicar ajustes al proceso, dependiendo de la naturaleza de ellas.

Debe constituirse en una prctica peridica, especialmente si la mena es muy variable

Lavado en contracorriente del residuo

Un circuito bien diseado reduce prdidas solubles a valores econmicamente aceptables.

Eficiencia de lavado depende del nmero de etapas involucradas.

El diseo clsico es el llamado de espesadores en contracorriente.

Aparte de reducir prdidas solubles, tambin contribuye a contener soluciones cianuradas.

No funciona econmicamente para minerales muy finos, ya que el nmero de espesadores requeridos, para una eficiencia aceptable de lavado, se incrementa significativamente, haciendo que el costo de inversin sea muy elevado.

Proceso Merrill Crowe

Su aparicin en la industria se remonta a 1906.

Utiliza polvo de zinc y solucin cargada limpia y deareada para precipitar econmicamente metales preciosos.

Recupera eficientemente la plata, ademas del oro.

Su principal desventaja es la elevada claridad de soluciones requeridas en la precipitacin que pasan por la necesidad de filtracin a grandes volmenes de soluciones. Un concepto similar es la necesidad de aereacin. Este proceso podra ser mejor econmicamente aplicado cuando se manejan volmenes reducidos de soluciones.

Capital de inversin y Costos operativos

De us$ 200 a 400/m3 para tanques de 2,000 m3 a tanques de 200 m3.

Costo de energia p = 0.22 v -0.33.


Ing. Julio Bonelli Arenas

Santa Anita, Noviembre 29 de 2014

CONTENIDO DE LA EXPOSICIN

Lixiviacin de Minerales Oxidados y Sulfurados de Cobre.

Intercambio Inico Lquido-Lquido (Extraccin por Solventes).

Electrodeposicin de Cobre.

Mezclador-Sedimentador.

Autoclaves para Disolucin de Minerales Sulfurados.

LIXIVIACIN DE MINERALES OXIDADOS

DE COBRE

Principales Especies Mineralgicas de Minerales Oxidados de Cobre

Oxide CuO

Malachite Cu2CO3(OH)2

Azurite 2CuCO3.Cu(OH)2

Cuprite Cu2O

Chrysocolla CuSiO3.2H2O

(Cont.)

Reacciones de Lixiviacin de Minerales Oxidados:

Oxides CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O Malachite Cu2CO3(OH)2 + 2H2SO4 -> 2CuSO4 + 3H2O+CO2 Chrysocolla CuSiO3.2H2O + H2SO4 -> CuSO4 + 3H2O + SiO2

(Cont.)

Especies Mineralgicas de Minerales Secundarios de Cobre

Chalcocite Cu2S Covellite CuS Bornite Cu5FeS4

(Cont.)

Lixiviacin de Minerales Sulfurados Secundarios

Chalcocite Cu2S + H2SO4 + 0.5O2 -> CuSO4 + H2O + CuS (CuS does not

leach) Bornite Cu5FeS4 + 2H2SO4 + 9O2 -> 5CuSO4 + FeSO4 + 2H2O

Planta hidrometalrgica de Cobre

Lixiviacin de minerales Sulfurados de cobre

En la dcada de los 60s, se produjo una corriente muy fuerte orientada a desarrollar una ruta hidrometalrgica para la Chalcopirita, como alternativa para los procesos pirometalrgicos convencionales, que en ese momento eran la va principal de recuperacin de cobre.

En principio, cualquier proceso hidrometalrgico no generaba emisiones gaseosas tal como s las producan los procesos de alta temperatura.

(Cont.)

Dutrizac (1969): Utiliza la tcnica del disco rotatorio, con muestras sintticas de Chalcopirita. Encuentra que la velocidad de disolucin del mineral es independiente de la concentracin del in frrico y exhibe cintica parablica.

Bauer (1974): Partculas finas de chalcopirita suspendidas en un reactor agitado mecnicamente. Cintica parablica.

(Cont.)

Jones y Peters (1976):Lixiviacin por agitacin a alta temperatura. Cintica lineal hasta un 40% de conversin. Control por reaccin electroqumica superficial.

Beckstead (1976): Partculas remolidas con un dispositivo atrictor. Dependencia muy precisa de la velocidad de disolucin con tamao de partcula. Control de la reaccin por difusin de iones frricos a travs de capa de azufre elemental.

(Cont.)

Muoz, Miller y Wadsworth (1979): Velocidad de disolucin es independiente de la concentracin de iones frricos y dependiente de la inversa del cuadrado del dimetro inicial de la partcula. Energa de activacin calculada fue 20 kcal/mol, que corresponde al control por transporte de electrones a travs de la capa de azufre elemental formada.

Modelo de lixiviacin de Chalcopirita en medio sulfato

Comentarios al Modelo

Resultados experimentales confirman la siguiente estequiometra para la reaccin:

CuFeS2 + 4Fe+3 = Cu+2 + 5Fe+2 + 2S

Formacin de azufre elemental reduce significativamente la velocidad de disolucin de cobre, una vez que se forma; por lo tanto, se le considera como la etapa controlante de la reaccin total.

(Cont.)

Velocidad de disolucin es independiente de la concentracin de iones frricos (Fe+3); tambin, es independiente de las concentraciones iniciales de in cprico (Cu+2) y de in ferroso (Fe+2).

Velocidad de disolucin es fuertemente dependiente de la temperatura. Energa de activacin calculada es de 20 Kcal./mol.

Modelo de Proceso Galvanox

Microfotografas de partculas de Chalcopirita

lixiviadas

Comentarios al modelo del proceso Galvanox

Se sustenta en el efecto galvnico que ocurre entre la pirita y la chalcopirita, cuando ambas especies mineralgicas entran en contacto fsico.

Pirita facilita la disolucin de la chalcopirita, al proveer una superficie alternativa para la reduccin de iones frricos. Esto elimina la pasivacin catdica del mineral de cobre.

(Cont.)

Este efecto asegura una rpida oxidacin de la chalcopirita, mantenindose el potencial de la solucin en un nivel lo suficientemente bajo, que previene la pasivacin de este mineral.

El efecto galvnico tambin previene la disolucin andica de la pirita, la cual permanece ms o menos completamente inerte.

H2O

O2

Cu+

Cu++

CuS

CuFeS2

Cu++

H2S

S0

Etapa 1

Etapa 2

AZUFRE ELEMENTAL SECUNDARIO

Modelo de Lixiviacin No Oxidante

Comentarios al modelo de lixiviacin no oxidante

Chalcopirita puede lixiviarse en medio clorurado, a temperatura ambiente, por la aplicacin de un potencial controlado, entre 560 y 620 mv (SHE), donde la presencia de oxgeno es esencial para la disolucin en estas condiciones.

La energa de activacin para la disolucin vara entre, 70 y 80 KJ/mol, en un rango de temperatura entre 25 y 75C (proceso controlado qumica o electroqumicamente).

(Cont.)

Concentraciones de iones cloruros y cpricos son esenciales en la disolucin. La velocidad de lixiviacin es bsicamente independiente de la concentracin de cido, en el rango de pH entre 0.5 y 2.0.

La adicin de pirita fina (

(Cont.)

En las superficies de Chalcopirita, se ha notado la presencia de covellita. Azufre elemental se forma principalmente como glbulos esfricos aislados y como capas alrededor de partculas ms pequeas de pirita; muy raras veces se encontr azufre elemental en la superficie de la chalcopirita.

Las distintas reacciones y fenmenos involucrados en la lixiviacin de la chalcopirita pueden ser explicados por un modelo de oxidacin no oxidante.

(Cont.)

Este modelo de reaccin no oxidante plantea que el H2S formado es oxidado por el oxgeno, en una reaccin catalizada por iones cpricos y pirita.

La oxidacin del sulfuro con iones cpricos y la re-oxidacin del cuproso con oxgeno disuelto juegan un rol fundamental en este modelo.

Lixiviacin de Enargita

Enargita (Cu3AsS4) es un sulfuro que viene constituyndose en un mineral econmico, ya que se le ha encontrado en muchos yacimientos como mineral ms abundante. Posee una elevada concentracin de cobre en su molcula (ms de 40%).

Una ruta pirometalrgica, si bien factible, puede complicarse por el manejo de arsnico durante y luego del procesamiento.

(Cont)

Procesos hidrometalrgicos parecen ser ms atractivos que la tostacin, ya que aparte de lixiviar eficientemente el cobre, fijan el arsnico en una forma ambientalmente estable (escorodita o arsenato de fierro).

Los procesos hidrometalrgicos pueden integrarse fcilmente, hasta la produccin de cobre metlico por electrodeposicin.

Diagrama Eh-pH para Enargita

Comentarios al Diagrama Eh-Ph

Tericamente, la enargita puede disolverse a valores de pH menores a 2.0 y en un rango de Eh entre 0.4 y 0.58 V, teniendo como productos de reaccin in cprico Cu++, H3AsO3 y HSO4-.

Tambin, puede disolverse en condiciones alcalinas, pero probablemente a velocidades de reaccin sumamente lentas.

Temperatura es una variable muy importante de considerar.

Lixiviacin biolgica de la Chalcopirita

La biolixiviacin de minerales sulfurados se ha tornado en una tecnologa bien establecida y es utilizada ampliamente en la extraccin de metales bases y en el pre-tratamiento de minerales refractarios de oro.

Su campo de accin se ha ampliado, de slo tratar minerales marginales a beneficiar tambin concentrados de metales bases.

(Cont.)

Se sustenta en el empleo de microrganismos mesfilos y termfilos para autogenerar el lixiviante apropiado para la disolucin de los sulfuros.

La orientacin ms reciente apunta a utilizar los microorganismos termfilos moderados y termfilos extremos. Los primeros actan a temperaturas en el orden de 45 a 50C; los segundos operan entre 65 a 75C.

(Cont.)

Las ms altas temperaturas conducen a procesos de lixiviacin de cinticas ms rpidas.

Un aspecto importante es el suministro de calor a fin de poder esas altas temperaturas por tiempos ms prolongados.

Se vislumbra una buena proyeccin de estos procesos biohidrometalrgicos por su bajo costo y reducido consumo energtico.

Extraccin por solventes Lquido-lquido

Esta tcnica aparece comercialmente en la industria extractiva de cobre a fines de la dcada de los 60s.

Ha experimentado un impresionante crecimiento en las siguientes 04 dcadas, al extremo que en la actualidad, contribuye a la produccin primaria del metal rojo en casi un 25% de la produccin mundial.

Reaccin de Extraccin

Extraction

Cu++ (aq) + 2RH (org) = R2Cu (org) + 2H+ (aq)

where:

Cu++ (aq) - is copper in PLS solution

RH (org) - is the extractant i.e. stripped organic

R2Cu (org) - is the copper/extractant complex i.e. loaded organic

2 H+ (aq) - is acid in raffinate solution.

Reaccin de re-Extraccin

Stripping

The stripping stage for the solvent extraction of copper can be represented by:

R2Cu (org) + 2H+ (aq) = Cu++ (aq) +2RH (org)

R2Cu (org) - is the copper complex i.e. loaded organic

2 H+ (aq) - is the acid in the spent electrolyte solution

Cu++ (aq) - is the copper in the advance electrolyte solution

2 RH (org) - is the stripped copper complex.

Extractante orgnico Descargado y cargado

Tpica Isoterma de Extraccin

Tpica Isoterma de re-Extraccin

Isotermas de extraccin y de re-extraccin

Diagrama de etapas de Extraccin y re-

extraccin

Reactor mezclador - Sedimentador

Vista de planta de Mezclador - Sedimentador

Detalles tcnicos de Mezcladores

Extremo de descarga del Sedimentador

Vista de planta de la Descarga del Sedimentador

Diagrama de flujo tpico de una planta LIX SX - EW

Electrodeposicin de Cobre

Reacciones involucradas:

Catdica: Cu++ + 2e = Cu

Andica: H2O = 2H+ + O2 + 2e

Total: Cu++ + H2O = Cu + 2H+ + O2

(Cont.)

Electrodos

Ctodo: Hoja de Arranque de Cobre

nodo: Plomo- Calcio

Casa-Tanque de Electrodeposicin de

Cobre

Extraccin de Ctodo de una Celda Electroltica

VISTA DE PLANTA DE UNA CELDA ELECTROLTICA

Vista de Seccin de Celda Electroltica



SANTA ANITA, Diciembre 06,2014

Estudio de Casos

Lixiviacin cida de minerales oxidados de cobre- extraccin por solventes- electrodeposicin.

Lixiviacin cido-frrica de minerales oxidados y sulfurados de cobre- extraccin por solventes- electrodeposicin: LO aguirre

(Cont.)

Lixiviacin de concentrados sulfurados de cobre conteniendo metales preciosos.

Lixiviacin de minerales conteniendo metales preciosos.

Antecedentes del Proyecto

Primera explotacin de este yacimiento se remonta al periodo entre 1914 y 1924.

En 1972, nuevamente se reactiva la explotacin subterranea de este yacimiento.

Sociedad minera pudahuel (smp), en 1969, adquiere los derechos de esta concesin.

(Cont.)

SMP decide inicialmente operarlo a tajo abierto, con una combinacin de lixiviacin y flotacin.

Proceso propuesto consideraba trituracin, molienda, lixiviacin por agitacin, cementacin y flotacin.

Elevado costo de chatarra de fierro impidi que se materialice este esquema.

Mineraloga del Yacimiento

Mineralizacin se registra en andesitas porfirticas, lavas vesiculares y brechas finas.

Procesos activos de alteracin como clorinacin, argilizacin, sericitacin y silicificacin.

Zona superficial del yacimiento esta constituida por malaquita de grano fino.

(Cont.)

Zona intermedia formada por mixtos (xidos y sulfuros secundarios).

Zona profunda compuesta por minerales como bornita, digenita, chalcocita, covellita y menores proporciones de chalcopirita y pirita.

Ley de corte de explotacin fue de 0.80% cu ( cut-off grade).

Alternativas de Beneficio

Se decidi el esquema de lixiviacin en capas delgadas- extraccin por solventes- electrodeposicin.

Tambien, se evalu lixiviacin por agitacin, seguida de molienda, y flotacin posterior de los sulfuros.

Igualmente, se prob el sistema inverso, esto es, flotacin primero para luego lixiviar los residuos.

Trituracin del Mineral

Mineral est dispuesto en grano fino, con xidos y sulfuros diseminados en la roca matriz.

Correlacin muy clara entre tamao de partcula para lixiviacin y extraccin de cobre.

Cuando se tritura a -1/4, se encuentra en los residuos, mineral oxidado que pudo ser lixiviado.

(Cont.)

Cuando se reduce a 100% - 3/16, se logra un incremento en extraccin entre 2 y 5% Cu.

La extraccin total esperada con este tamao ms fino seria de 95 a 97% de cobre.

Esquema de trituracin consta de 03 etapas, con la tercera en circuito cerrado con clasificacin en cedazo vibratorio.

Lixiviacin del Mineral

Mineral triturado a 100% - 3/16 es aglomerado con cido sulfrico concentrado (tambor aglomerador).

Curado del mineral en reaccin, a relativa alta temperatura ( 24 hrs.)

Etapas de lavado con raffinate y soluciones intermedias durante 06 das, en pilas que podran alcanzar hasta 03 m.

(Cont.)

Solucin concentrada o cargada de lixiviacin registra 06 g/l de cobre y un ph igual a 2.0

Residuo de lixiviacin se transporta a una cancha, para su disposicin final, por medio de una faja transportadora.

Curado cido limita significativamente la presencia de silice soluble en la solucin cargada.

Lixiviacin de Mixtos y Sulfuros Secundarios

En lo posible, se debe diferenciar si son minerales oxidados o tienen presencia de sulfuros secundarios.

Lixiviacin con soluciones frricas conducen a la disolucin de sulfuros.

A nivel de laboratorio, este tipo de lixiviacin logr incrementar la extraccin de cobre de 35 a 55%.

(Cont.)

Para alcanzar esta meta de extraccin de cobre a partir de sulfuros secundarios, es imprescindible tener una concentracin de frrico, en la solucin lixiviante, de 08 g/l.

En este sentido, debe establecerse igualmente una etapa de oxidacin de ferroso en el raffinate.

Dosificacin y Consumo de cido

Un punto bsico es tener control de la concentracin de cido sulfrico en la solucin cargada.

Esto se consigue variando el tiempo de residencia y el nmero de etapas en lixiviacin.

Es posible variar la concentracin de cido en curado, ya que se debe tener en cuenta el cido sulfrico que vuelve con el raffinate.

Altura de Pilas

Altura ptima de pila es determinada por la permeabilidad del mineral triturado.

Con una altura mxima de pila de 03m, se podra alcanzar una alta permeabilidad.

Presencia de arcillas podra complicar la percolacin, pero afortunadamente no ha sido el caso para este mineral.

Balance de Agua

El objetivo a alcanzar es descarga cero.

El agua que sale del proceso es aquella atrapada en el residuo slido.

Agua es adicionada en el curado (juntamente con el cido sulfrico), en el lavado acidulado y en los enjuages.

Tambin, resulta muy significativo considerar prdidas por evaporacin, especialmente durante el verano.

Oxidacin de ferroso en el Raffinate

Para incrementar la extraccin de cobre a partir de los sulfuros secundarios, se requiere tener concentraciones de frrico en la solucin Raffinate de 08 g/l.

Se ha evaluado experimentalmente la oxidacin con so2 y aire.

Igualmente, se ha probado la oxidacin con aire a alta temperatura.

Se tiene planeado evaluar otros mtodos adicionales para luego tomar decisiones.

Extraccin de Cobre

Se requieren 02 etapas de extraccin para recuperar los 06 g/l de cobre que registra la solucin cargada.

La solucin cargada se constituye por mezcla de las diferentes soluciones de los PADS de lixiviacin que producen solucin cargada.

Las concentraciones de cobre en las soluciones cargadas varan entra unos 60 g/l ( 02 hrs.) Y 03 g/l para 06 das.

Coeficiente de Distribucin y Capacidad de Carga

Coeficiente es una medida de cuan bien un solvente dado extraer y mantendr en la fase orgnica un constituyente metlico del alimento acuoso.

Es una medida anloga a lo que se conoce como constante de equilibrio en termodinmica.

No puede estimarse de conceptos tericos; debe medirse experimentalmente de una manera muy sencilla

(Cont.)

Su valor numrico es la relacin de concentraciones del metal en la fase orgnica con respecto a la fase acuosa.

El extractante orgnico activo solo puede mantener una limitada concentracin de un elemento metlico.

Cuando se alcanza este nivel, no mas metal se puede transferir a la fase orgnica, no importando que concentracin del metal este en la fase acuosa.

(Cont.)

Esta cantidad mxima de metal que se transfiere a la fase orgnica es la llamada capacidad de carga del extractante.

Define la cantidad de extractante que se requerira para lograr cierta extraccin metlica.

Permite calcular la eficiencia de extraccin total del sistema.

Velocidad de Extraccin

Representa la cintica a la cual se transfiere el metal, desde la fase acuosa, a la orgnica.

En general, esta transferencia, desde un punto de vista prctico, es muy rpida, tomando solo unos pocos minutos lograr la mayor transferencia del metal.

Para determinarla, se llevan a cabo pruebas muy sencillas en peras de decantacin u otro dispositivo agitado.

Area del Sedimentador

Se conocen 02 procedimientos para determinar el rea requerida de sedimentador.

La primera utiliza una probeta o cilindro graduado, donde se coloca la mezcla de orgnico y acuoso que debe separarse; aqu se mide, en el tiempo, los 02 bordes de la banda de dispersin.

El segundo mtodo es uno de tipo dinmico con un prototipo de laboratorio que simula un mezclador-sedimentador.

(Cont.)

En ambos casos, los procedimientos apuntan a medir el flujo crtico, esto es, aquel que conduce a una banda de dispersin entre 04 y 05 pulgadas.

El espesor de la banda de dispersin es marcadamente afectado por la temperatura de la solucin; por lo tanto, debe tenerse en cuenta este hecho para cubrir los rangos prcticos de temperatura a alcanzarse durante las pruebas.

Profundidad del Sedimentador

La profundidad del sedimentador depende de consideraciones hidrulicas y de inventario.

Asimismo, debe tener tal profundidad de modo de no permitir cambios extremos de comportamiento del acuoso y del orgnico.

Para fines prcticos, la profundidad del solvente varia entre 04 pulgadas y 02 pies, en tanto que la del acuoso, entre 02 y 06 pies.

Continuidad de Fases

Se conocen 02 formas de dispersin entre fases organicas y acuosas: orgnico continuo y acuoso continuo.

Organico continuo se refiere a dispersin de gotas de acuoso en fase orgnica.

Acuoso continuo es la dispersin de gotas de orgnico en fase acuosa.

Ambas dispersiones son de naturaleza muy distinta.

Es importante determinar en la prctica cuando se tiene una u otra.

(Cont.)

Por ejemplo, conviene tener una dispersin orgnica continua en el mezclador de la ultima etapa de extraccin, ya que una acuosa continua podra conducir a la formacin de emulsiones estables, especialmente si hay silice en las soluciones.

La medicin de la dispersin de las fases se mide con un dispositivo muy sencillo, basado en la conduccin de corriente.

Re-extraccin de Cobre

Es la etapa contraria a la extraccin, donde el orgnico cargado es contactado con soluciones electrolticas (elevadas en concentracin de acido) que conduzcan a la remocin del metal al electrolito y en dejar el solvente restaurado en su actividad original.

El procedimiento de clculo para determinar el numero de etapas es similar al de extraccin.

Mezclador-Sedimentador

Este es el tipo de equipo mas comunmente utilizado para la recuperacin de cobre; fue uno similar el que se uso para uranio.

En el mezclador, se deben establecer condiciones a fin de lograr una rpida transferencia de metal, del acuoso al orgnico, mediante una dispersin que incremente las reas de intercambio de masa, pero a la vez, considerar que las fases dispersas tienen luego que coalescer.

(Cont.)

Por lo tanto, la energa suministrada para la dispersin de orgnico en acuoso , a nivel de planta, debe guardar relacin con la experimentada en el laboratorio o a escala piloto.

El numero de potencia NP es el que permite que el escalamiento cumpla con los requisitos de rea superficial formada.

Se han dado cambios en el diseo de este equipo.

Electrodeposicin de Cobre

La base para el diseo de este componente del sistema integral de recuperacin de cobre es la capacidad diaria de produccin que, para el presente caso, es de 45 tmpd de cobre catdico.

La densidad de corriente a utilizar es de 240 AMP/m2.

Se estan considerando 64 ctodos por celda, las cuales trabajaran con nodos insolubles plomo-calcio.

(Cont.)

Se esta considerando que un 15% de las celdas se utilizaran en la produccin de laminas de arranque; el resto sern celdas de produccin.

El electrolito cargado ingresara con 50 g/l de cobre y 130 g/l de acido sulfrico.

El consumo de energa esperado ser de 0,96 a 0.98 kwh/lb DE COBRE PRODUCIDO.

Material de construccin ser en acero inoxidable para tanques y tuberas y de concreto con forros de plstico para las celdas electrolticas.

Estimado de capital de Inversin

El capital de inversin estimado es de unos US $ 4,000 por ton. Anual de cobre catdico, que corresponde solo a la planta de beneficio.

Este valor se compara muy favorablemente con inversiones unitarias para procesos de flotacin, por ejemplo.

Estimado de costos Operativos

El estimado de costo operativo vara entra us $ 0.35 a 0.40 por libra de cobre producido.

El costo de acido sulfrico tiene una importante significancia en el costo total ( del orden de 20%).

Hay amplios mrgenes para reducir estos costos.

Lixiviacin de Concentrados de Cobre,

de Oro y Plata

Diseo del proyecto Mount Gordon para lixiviacin de Chalcocita.

Proyecto sepon para obtencin de cobre: desarrollo de un diagrama de flujo.

Proceso intec para beneficio de minerales de cobre y metales preciosos.

Proyecto Mount Gordon

Mineral Min %w/w

Average %w/w

Max %w/w

Chalcocite 85 91 99

Covellite 0 5 10

Enargite 0 2 10

Chalcopyrite 0 2 5

Bornite 0 1 4

Planta piloto enero 1997

Planta piloto febrero 1997

Planta piloto abril 1997

Proceso Mount Gordon

Proyecto Sepon

Ore Type

Tons (Mt)

Cu, % Cu (kt)

Limonite 13,217,077 0.97 128,703

Chalcocite 19,381,470 3.78 732,140

Oxide/Carbonate 3,193,245 5.40 172,592

Primary 8,669,698 1.37 118,879

Total 44,461,490 2.59 1,152,313

Diagrama de Flujo Proyecto Sepon

Proceso Intec

Representa una familia de tecnologas hidrometalrgicas patentadas para la recuperacin de metales bases y preciosos, a partir de recursos sulfurados y oxidados.

Se sustenta en el uso de la qumica de los halgenos (cloro, bromo y iodo) a fin de solubilizar metales a travs de procesos de lixiviacin, seguido de recuperacin de metales de alta pureza por electrodeposicin o precipitacin de sales qumicas.

Proceso Intec

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