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Extraccin con Carbn Activado

Desde los aos 80, la adsorcin sobre carbono activado es un proceso

universalmente empleado para obtener una solucin ms pura y concentrada de

oro, de forma similar a la SX en lixiviacin de cobre. El oro se absorbe sobre el

carbono a partir de una solucin diluida, y se hace su elucin en una solucin

mucho ms concentrada y pura antes de precipitarlo.

En algunas plantas, no se hace esta etapa de purificacin - concentracin, y se

realiza la cementacin de oro con zinc directamente a partir de la solucin diluida.

Propiedades del carbn activado

El carbn activado, se fabrica calentando materiales orgnicos (carbn, madera,

cscaras de coco, etc.) hasta temperaturas de 700-1000 C en una atmsfera

controlada, de vapor de agua, dioxido de carbono y/o oxgeno.

De estructura graftica, tiene una superficie especfica extremadamente grande (>

1000 m2/g) debido a una estructura ntimamente porosa.

Los poros pueden ser clasificados segn su tamao caracterstico :

Macroporos x > 100-200 nm

Mesoporos 1.6 < x < 100-200 nm

Microporos x < 1.6 nm

Las propiedades ms importantes del carbn activado son : la capacidad de

adsorcin, la velocidad de adsorcin, la dureza y resistencia a la abrasin, la

caractersticas de reactivacin y el tamao.

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Por su gran superficie especfica y sus caractersticas qumicas, el carbn activado

es capaz de adsorber al oro presente en solucin, segn mecanismos diversos,

pero en los cuales predominara la adsorcin en asociacin con un catin metlico

tal como el Ca2+:

Mn+ + n Au(CN)2- Mn+[Au(CN)2

-]n (adsorbido)

FENOMENO DE ADSORCION :

Se define como la adhesin de sustancias disueltas en la superficie de slidos,

con los cuales se hallan en contacto. La adsorcin puede deberse a causas fsicas

(fuerzas coulmbicas, hidrofobicidad, etc.). Tambin puede ocurrir adsorcin

qumica, la que se manifiesta a travs de una interaccin qumica con las

molculas de la superficie del slido.

Otras aplicaciones del carbn activado en metalurgia extractiva :

Adsorcin de reactivos de flotacin

Modificador del potencial oxidante de una pulpa o solucin (reductor).

Por ejemplo para no degradar el HS- y S2- en flotacin

Catalizador, por ejemplo de la reduccin del Fe+3 con SO2.

Eliminacin de contaminantes orgnicos en soluciones de SX, aguas,

etc.

Adsorcin de iones metlicos : complejos Au(CN)2- y Ag(CN)2

2-, U,

metales pesados en aguas, ...

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Capacidad de adsorcin del carbn activado

Aunque existe varios procedimientos para medir la capacidad de adsorcin del

carbn activado ( nmero yodo, ...), lo ms apropiado es el que determina un valor

(K) de manera emprica para la evaluacin de carbones activados para adsorcin

de oro. Este valor se obtiene poniendo en contacto distintas cantidades de carbn

activado con una solucin estndar de cianuro de oro con tampn de boro durante

un cierto tiempo. Los resultados se grfican como isoterma de Freundlich (figura

6.8) y el valor de K es interpolado como el contenido de oro del carbn en

equilibrio con una solucin residual de concentracin de 1 mg/l oro.

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Figura 6.8 : Isoterma de adsorcin de oro sobre carbn al equilibrio (T y pH

estndar). Es una simplificacin de la isoterma de adsorcin de Langmuir (1916).

Cintica

La velocidad inicial de adsorcin de cianuro de oro sobre el carbn activado es

elevada, ya que la adsorcin tiene lugar en los sitios ms asequibles en los

macroporos y probablemente, mesoporos., pero la cintica se hace ms lenta a

medida que se aproxima a las condiciones de equilibrio (figura ). En esas

condiciones, la velocidad de adsorcin es controlada por el transporte de masa del

Au(CN)2- a travs de la capa lmite hacia la superficie del carbn activado.

Sin embargo, cuando se ocuparon todos los sitios fcilmente asequibles, se

establece un seudo - equilibrio, debajo del cual la adsorcin tiene que tener lugar

en los microporos. Esto requiere de la difusin del cianuro de oro a lo largo de los

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poros en la estructura del carbn, tpicamente un proceso mucho ms lento debido

a la longitud y tortuosidad de los poros.

Figura 6.9 : Ejemplo de cintica de adsorcin de oro sobre carbn activado.

La velocidad de adsorcin puede ser descrita por una ecuacin de primer orden :

log Ct = m . t + log C0

Ct : Concentracin de oro al tiempo t

C0 : Concentracin de oro al tiempo inicial

m : Constante de velocidad

Selectividad

El carbn activado es altamente selectivo para la adsorcin de Au y Ag en vez de

otros metales, con la notable excepcin del mercurio. El orden de preferencia para

varios complejos de metales se indica a continuacin :

Au(CN)2-> Hg(CN)2> Ag(CN)2

-> Cu(CN)32-> ZN(CN)4

2-> Ni(CN)42-> Fe(CN)6

4-

Time (h)

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Factores afectando la adsorcin

Factores fsicos

Variable Efecto

Tipo de carbn

activado

Varios

Tamao de las

partculas de carbn

Un tamao mayor disminuye la velocidad de adsorcin, por lo menos

durante la primera etapa.

Agitacin Una agitacin ms fuerte aumenta la velocidad de adsorcin, porque la

mayora de los sistemas industriales son operados solamente hasta el

seudo - equilibrio.

Densidad de pulpa Disminuye la cintica

Factores qumicos

Variable Efecto

Temperatura La adsorcin de oro sobre carbn activado es exotrmica, un aumento en

temperatura disminuye la capacidad de carga, lo que explica el fenmeno

de desorcin a temperatura ms alta.

Al contrario, favorece la cintica.

Concentracin de oro Aumenta la cintica y la capacidad de carga

Concentracin de

cianuro

Disminuye la cintica y la capacidad de carga

pH solucin En el rango 9 11, tiene poco efecto

Fuerza inica Aumenta la cintica y la capacidad de carga

Concentracin de

otros metales

Si hay otros metales que compiten por los sitios activos, eso disminuye la

cintica y la capacidad de carga para el oro

Deterioro del carbn El deterioro, o envenenamiento, del carbn por adsorcin, precipitacin o

bloqueo fsico de otra especie en solucin, pueden tener un efecto muy

grave sobre la eficiencia de adsorcin

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Figura 6.10 : Isotermas de adsorcin a distintas temperaturas (Condiciones

experimentales : 50 ml solucin, 0.25 g carbn, 2.8 g/l CaCl2, 0.5 g/l KCN)

Elucin o desorcin

El carbn activado previamente cargado con oro y otros metales en el proceso de

adsorcin debe ser sometido a una etapa de elucin para desorber los metales del

carbn. Eso produce un volumen pequeo de solucin con alta concentracin en

oro, adecuada para su posterior recuperacin, y permite al carbn ser reciclado

hacia el circuito de adsorcin.

El proceso de desorcin ocupa al revs el mismo fenmeno que el proceso de

adsorcin, y factores que inhiben la adsorcin van a favorecer la desorcin

Mn+[Au(CN)2-]n (adsorbido) M

n+ + n Au(CN)2-

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En la practica, generalmente la elucin se realiza poniendo el carbn en una

columna en contacto con un flujo acendiente de una solucin caliente y con alta

concentracin en cianuro.

Variable Efecto

Temperatura Es el factor ms importante; la velocidad de elucin a 180 C es 8 veces

mayor a la velocidad de elucin a 90 C.

Concentracin de

cianuro

Favorece la desorcin, porque los iones CN compiten con el oro para los

sitios de adsorcin

Fuerza inica Debe ser la ms baja posible. Por ejemplo, es posible desorber el oro con

agua desionizada pura.

pH Un pH alto favorece la desorcin, porque los iones OH compiten con el

oro para los sitios de adsorcin

Solventes orgnicos Efecto positivo porque aumentan la actividad de otras especies inicas en

solucin, como el CN

Concentracin de oro

en la solucin

Disminuye la velocidad y eficiencia de la elucin

Otros metales La elucin de Cu, Ag y Hg se hace preferencialmente al oro, lo que

posibilita eventualmente realizar una elucin en dos etapas para

separarlos del oro.

Posteriormente, el carbn debe ser sometido a una etapa de limpieza qumica

(HCl,..) y una etapa de reactivacin en un horno a 650-750 C con vapor de agua.

Aspectos de ingeniera

Las etapas comunes del ciclo del carbn en la mayora de las plantas son :

Adsorcin del complejo de cianuro y oro sobre el carbn activado

Lavado con agua para sacar la solucin de impregnacin

Desorpcin con solucin de 0.2 % NaCN y 1 % NaOH a 90 C

Lavado con cido para sacar precipitados de CaCO3

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Lavado con agua

Secado, calentamiento a 700 C durante 30 min en ausencia de aire.

Reciclaje a la etapa de adsorcin

Dos factores contribuyen a la eleccin del proceso de adsorcin :

Las propiedades de filtracin de la pulpa

La presencia de materia orgnica en el mineral

Como resultado, los siguientes procesos son utilizados :

Adsorcin en columnas :Cuando la pulpa es fcil de filtrar o cuando se utiliza la

cianuracin en pilas.

Carbn en pulpa (CIP) : Cuando el mineral contiene mucha arcilla. La pulpa y los

pelets de carbn son agitados en uno o varios estanques ; cuando la adsorcin se

complet, el carbn, ms grueso, es separado de la pulpa por tamizaje.

Carbn en lixiviacin (CIL) : Cuando el mineral contiene materia orgnica sobre

la cual podra adsorberse el oro, con las consiguientes perdidas que eso

representa. El carbn se agrega directamente a la etapa de cianuracin, de tal

manera que pueda adsorber el Au(CN)2- en cuando se forme.

La adsorcin y la elucin son procesos lentos. Tpicamente, es necesario 24 h

para adsorber el oro de una solucin con una concentracin inicial de 10 ppm Au u

50 h para la elucin. Una tonelada de carbn adsorbe alrededor de 10 kg de oro.

Aproximadamente 4 litro de solucin son suficientes para la elucin de 1 kg de

carbn.

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Figura 6.11 : Proceso de adsorcin en columnas (Columnprocess)

Figura 6.12 : Proceso de adsorcin en pulpa (Carbn In Pulp, CIP process)