CARBON ACTIVADO

GENERALIDADES

DESDE TIEMPOS REMOTOS LOS EGIPCIOS DESCUBRIERON QUE EL CARBON DE MADERA PODIA UTILIZARSE PARA PURIFICAR OTROS

PRODUCTOS E INCLUSO USARSE CON FINES MEDICINALES, EN 1890 SE DESCUBRIO QUE EL ORO COMO LA PLATA PODIAN SER ABSOBIDOS

POR CARBON ACTIBADO DESDE SOLUCIONES OPTENIDAS EN ESTE PROCESO, TORNANDOSE EN UN FUERTE CONPETIDOR DEL METODO DE CEMENTACION CON ZINC. SIN EMBARGO EL USO INDUSTRIAL SE

VIO RAPIDAMENTE RESTRINGIDO DEBIDO A LA FALTA DE UN PROCEDIMIENTO EFICIENTE PARA RECUPERAR EL ORO CARGADO EN

EL CARBON Y QUE PERMITIECE SU REUTILIZACION. J. ZADRA INTRODUJO UN PROCEDIMIENTO DE BAJO COSTO PARA DESORBER EL

ORO Y LA PLATA DEL CARBON

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En realidad, el carbón activado no viene a ser sino un carbón con un gran área superficial al cual se le a limitado la sustancias volátiles y destruido algunos enlaces moleculares débiles a través de un tratamiento piro metalúrgico.

El carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina reticular similar al del grafito; es extremadamente poroso y puede llegar a desarrollar extensas áreas superficiales por gramo de carbón.

Las características especificas de los distintos tipos de carbones activados dependen principalmente de:

1-La materia prima2-El proceso de activación utilizado.

A diferencia de la extracción por solventes, el mecanismo de absorción es enteramente físico, ligado a las propiedades superficiales del carbón, su porosidad y su estructura molecular, toda la molécula compleja de cianuro de oro y o plata es atraída y retenida en los poros superficiales de carbón activado, sin ionización ni reacción química .

¿QUE ES EL CARBON ACTIVADO?

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-La adsorción por un solido, es la captación de moléculas de la fase liquida o gaseosa por la superficie del solido.

- A través de los años varios mecanismos han sido propuestos para interpretar la carga de oro y la plata desde soluciones sobre el carbón activado. En resumen:

-Aquellos que proponen que el oro esta fijo como aurocianuro. Las fuerzas que atraen el ion aurocianuro no son otras que las fuerzas de van der Waals.

- Aquellos que proponen que el ion Au(CN)2 es reducido sobre el carbón como oro metálico dentro de la estructura del poro. • El oro se

encuentra en las redes de muchos minerales de cobre (en solución sólida), plomo, plata y platino en cantidades pequeñas, en particular en los sulfuros.

MECANISMO DE ADSORCION

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El carbón vegetal o animal necesita tratamiento mas amplio con el fin de desarrollar la extensa estructura porosa interna que caracteriza el carbón activado.

La activación de carbones es un proceso por medio del cual provee de ciertas propiedades adicionales a un carbón simple, tales como mayor adsorbilidad, mayor densidad relativa, mayor filtrabilidad etc.

La activación consiste en multiplicar la cantidad de poros de un carbón dando como resultado una estructura extremadamente porosa de una gran área superficial disponible para llevar a acabo el proceso de desorción.

El carbón mas empleado en la metalurgia del oro es el fabricado a partir de la cascara de coco o pepa de melocotón, debido a su dureza que lo hace mas resistente a la ruptura y abrasión y por lo que se ha comprobado además de su capacidad adsorbente es genera mente mayor a la de otros carbones activados.

Activación de Carbones

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Proceso Físico

Los agentes químicos normalmente utilizados son el Acido Fosfórico, el cloruro de Zinc y el Acido Sulfúrico

La activación química se basa en la deshidratación de la materia prima mediante substancias químicas adicionadas, a una temperatura media de 400 a 600 C. Esta depende de la sustancia química a utilizar para activar el carbón.

Proceso Químico

La activación consiste en oxidar la materia prima a altas temperaturas en presencia de un agente oxidante, usualmente vapor de agua. Se realiza en 2 etapas. En primer lugar el material se carboniza en un producto intermedio, cuyos poros son demasiados pequeños o demasiado contraídos como para que sean un adsorbente útil. El agrandar la estructura porosa, para producir un área de superficie interna accesible, se logra al producir una reacción del producto carbonizado del producto a una temperatura de 800 y los 1000 C.

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- En términos generales los carbones activados se clasifican en 2 grandes grupos:

- Carbones activados para purificación en fase liquida.- Carbones activados para purificación en fase gaseosa.

- Las propiedades mas importantes a considerar al seleccionar un carbón son el diámetro de los poros y las características de los mismos. Los poros de un carbón activado se clasifican en tres de acuerdo a su tamaño.

•Micro poros•Poros Medios•Macro Poros

Clasificación De Carbones Activados

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Adsorción De Oro Con Carbón Activado

1-Introducción

Desde su principio a partir de 1890, la cianuración ha sido considerado el principal proceso para la producción de la mayoría del oro primario y una cantidad significante de plata.

La mayoría de las operaciones de Heap Leaching usa los métodos del carbón activado o Merril Crowe para el tratamiento de soluciones lixiviadas, aun cuando la aplicación de sulfuro de sodio para precipitar la plata de dos licores desorbidos del carbón a recibido favorable atención. La elección del método de recuperación entre las columnas de carbón y la precipitación con polvo de zinc esta usualmente basada en los análisis de costos de capital y operación.

El proceso de adsorción con carbón hoy en día es aceptado universalmente como un método y estándar en la recuperación de oro y plata a partir de soluciones o pulpas.

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La capacidad de carga del carbon activado se incrementa con el incremento de cationes en la sgte reacción:

Ca²⁺ > Mg ²⁺ > H⁺ > Li⁺ >Na ⁺> K⁺ Un complejo neutral como el Hg(CN)2 se adsorbe fuertemente sobre

el carbon activado como lo hace los complejos aniónicos Au(CN)2 y Ag(CN)2.

La adsorción del cobre desde soluciones cianuradas sobre el carbon activado se incrementa a medida que el valor del PH y la concentración del cianuro libre son mas bajos.

La capacidad de carga en oro el carbon activado decrece con el incremento de la temperatura.

Para quitarle el carbon el oro, no es necesario que en un anión sea un agente acomplejante para el oro.

La capacidad del carbon activado de adsorber varios complejos de oro sigue la sgte secuencia:

AuCl 4 ˉ > Au(CN)ˉ2 > Au(SCN)ˉ2 > Au[CS(NH2)2]2⁺ > Au(S2O3)2ᶾˉ

2- ASPECTOS TERMODINÁMICOS DE LA DESORCIÓN

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En general la velocidad de adsorción de oro sobre carbón disminuye exponencialmente con

el tiempo, lo cual puede ser descrito empíricamente por la ecuación:

(Au

(Au = Aumento en la concentración de oro en el carbón.Concentración en la solución

K,n = Constantes

3 - Cinética De La Adsorción

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El proceso general se puede resumir en las sgtes etapas:

Lixiviación: Por agitación o en pilas

Carga: Adsorción con carbón activado del oro (y/o) plata de la solución rica cianurada.

Descarga: También llamada elusión o desorción del oro (y/o plata) del carbón en una solución mas concentrada.

Regeneración: Restitución de propiedades originales del carbón.

Producción De Oro Metálico: Mediante técnicas de electrodeposición o cementación del oro la solución concentrada (desorbida)

4 - Recuperación Del Oro Con Carbón Activado

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El carbón activo es útil debido a la gran capacidad de la estructura carbonosa, que pone a disposición del sistema una superficie enorme, para adsorber diversas especies. En el caso de cianuro de oro, el proceso es más químico que físico y se basa en el hecho de que el oro unido a 2 cianuros en el complejo, en presencia de carbón, forma otra unión química.

Existen 3

métodos: CIP (Carbón in

Pulp)

CIL (carbón in Leach)

CIC (Carbón in Column)

Recuperación del oro con Carbón Activado

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Es el método preferido a nivel mundial para la recuperación del oro de la pulpa cianurada.

La base del proceso consiste en que a medida que el oro se disuelve contacta con el carbón activo y se adsorbe en su superficie.

La fácil separación del carbón retira de la solución de lixiviación el oro que se reextrae de aquél con una solución alcalina concentrada.

CIP (Carbón in Pulp) – Carbón en pulpa

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Este método se recomienda cuando hay material carbonoso autóctono en la pulpa, que adsorbería el oro, produciendo pérdidas.

Se diferencia del anterior en que el carbón se añade directamente en el tanque lixiviador y a medida que se disuelve el oro, se va adsorbiendo.

CIL (Carbón in Leach) – Carbón en lixiviación

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Cuando se hace separación sólido-líquido antes de introducir el carbón.

Posteriormente, se extraen los metales preciosos del carbón y se reactiva este para su reutilización.

Para ello, se realiza una percolación en caliente (70°C) de una disolución de sosa y alcohol.

El oro se recupera por electrólisis con cátodo de lana de hierro.

La reactivación de los granos de carbón, se realiza por vía seca, a una temperatura de 600-750°C.

CIC (Carbón in Column) – Carbón en Columna

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Eficiente para el tratamiento de concentrados de alta ley por lo desmesurado que sería el tamaño de una planta capaz de tratar todo en uno.

La gran ventaja de este procedimiento, es que deja liberado el oro de la mena refractaria solubilizando los sulfuros y el arsénico, dos formas más eficaces, en términos ecológicos, de manejar ambos elementos que cuando se produce su combustión.

En este proceso se genera ácido y se eleva la temperatura, lo que se debe controlar por medio de la densidad de la pulpa (10-15%). La temperatura se mantendrá entre 35 y 40°C y el pH será en torno a 1,5 y 2, pues este es el medio preferido por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans y otras bacterias similares que aparecen en los sistemas de lixiviación. El control del pH se consigue por la adición de cal al reactor de biolixiviación.

Biolixiviación

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6.1-Efecto Del Carbón: Existen 2 tipos de carbones activados generalmente usados y son el de forma cilíndrica y el granular- estas dos formas el segundo constituye por sus características el mas comercialmente usado en plantas metalúrgicas. Cuando se inicia una operación nueva y el carbón activado recién inicia su trabajo de adsorción las extracciones son muy eficientes y muy rápidas, pero conforme pasa el tiempo el carbón va perdiendo su eficiencia. Esta eficiencia puede estar restituida mediante el tratamiento de carbón con hornos de reactivación térmica y ciclos de lavado acido, procesos que se complementan para permitir una eficiente actividad del carbón que nunca llegara a ser tan alta como el carbón nuevo. Generalmente el carbón envejecido que sale del proceso contiene una cantidad de oro entrampado difícil de desorber económicamente y que alcanza valores de 1 -3 onzas de oro.

6-Factores Que Afectan La Adsorción De Oro Sobre El Carbón Activado

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La capacidad de adsorción del oro desde soluciones cianuración sobre el carbón que puede ser significativamente realizado reduciendo el pH aun a rangos cercanos al acido.

6.2- Efecto Del PH

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Se expresa que la movilidad de los iones parece estar mayormente influenciada por la cantidad de cianuro libre, pues un incremento de este tare como consecuencia un afecto adverso en la capacidad y la cantidad de carga.

Por otro lado, si el nivel de cianuro libre decae debajo de cierto limites, entonces el oro no será adsorbido correctamente. Además si la carga se realiza en presencia de una concentración de cianuro demasiado baja, el carbón no se desorberá fácilmente.

6.3 - Efecto De La Concentración De Cianuro

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De acuerdo a estudios de investigación realizados se ha comprobado que la capacidad de equilibrio del carbón se encuentra relacionada a la concentración de oro en la solución cianurada.

Se ha encontrado que la aproximación al equilibrio es particularmente mas lenta a bajas concentraciones de oro por lo que sera necesario un mayor tiempo de residencia o incrementar la cantidad de carbón a fin de conseguir bajos contenidos de oro en las colas.

6.4-Efecto De La Concentración De Oro

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Se ha observado un marcado crecimiento de la actividad del carbón a medida que la temperatura es aumentada.

Se puede afirmar que todos los circuitos de adsorción operan a temperatura ambiente , mientras que la desorción es realizada a temperaturas cercanas al punto de ebullición.

6.5 - Efecto De La Temperatura

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La velocidad de adsorción esta afectada notablemente por el tamaño de partícula de carbón. Partículas mas

pequeñas para una misma masa de carbón, mejoran la desorción del oro(como era de esperar por el incremento en área superficial).

6.6-Efecto Del Tamaño De Partícula

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Puede observarse que una mayor velocidad de agitación aumenta la cinética de adsorción, ya que en general, disminuye la resistencia fenómenos difusiónales Que la

eficiencia de mezclado tiene una importancia trascendente sobre los rendimientos operacionales de una

planta real, lo que coincide, además, con las observaciones de plantas en

operación.

6.7 -Efecto De La Eficiencia De Mezclado

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A pesar que el carbón activado es generalmente muy selectivo para el cianuro de oro, el cianuro de plata es también adsorbido con eficiencia. Además la presencia de altas concentraciones de cianuros complejos de cobre, níquel y fierro pueden causar una notable reducción en la adsorción de oro por un proceso de adsorción competitiva.

La presencia de estos metales se revisa a continuación.

PLATA: La presencia de plata en altas concentraciones con respecto al oro, aumenta significativamente los requerimientos de carbón activado, debido a que adsorbe junto con el oro

6.8 -Adsorción De Otros Metales

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COBRE: (Cu): El comportamiento del cobre depende de las condiciones químicas de la solución, el cobre se carga muy bien desde soluciones a pH 5, mientras que muy poco sobre se carga a pH 10,5.

MERCURIO: El mercurio (Hg) es un elemento que es adsorbido por el carbón activado tan eficientemente como el oro y la plata, debido a su alto peso molecular, ya que también forma sales de cianuro.

CALCIO MAGNESIO, POTASIO: Estos elementos presentes en las soluciones de cianuración pueden adsorberse en el carbón activado en cantidades que aumentan el pH en el tiempo de contacto y la concentración en solución.

OTROS ELEMENTOS Y ESPECIES: Otros elementos y especies que pueden adsorberse en el carbón activado, en cantidades variables son níquel zinc, sílice y tiocianato.

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• 1- Distribución Del Carbón

• 2- Carga Del Carbón• 3 -Avance Del

Carbón En El Circuito CIP

• 4 -Perdidas De Carbón

• 5- Presencia De Plata En El Mineral Aurífero.

La optima operación de un circuito de adsorción de carbón activado involucra decisiones y opciones que considerar, concentraciones de en el barren la carga de oro en el carbón y el numero de etapas empleadas odas estas interdependientes entre si. A continuación desarrollamos algunos parámetros de operación a tener cuenta en la planta de carbón activado.

7- Parámetros A considerar En Plantas De Carbón Activado

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Se sugiere que mayor cantidad de carbón deberá ser acondicionado en las ultimas fases del circuito de adsorción que las primaras fases. Esto supone obtener resultados mas efectivos de operación con la reducción de la concentración de oro en la solución de barren.

• La cantidad de oro y plata que puedan cargar un determinado carbón activado depende entre otros factores de la concentración de estos elementos del cianuro libre y del pH de la solución, además del flujo de alimentación. También influye su granulometría puesto que como he ms hecho visto las partículas finas con su mayor superficie especifica para captar rápidamente mayores cantidades que las gruesas aunque deben poseer un tamaño mínimo para evitar perdidas por arrastre en los afluentes.

7.2 – Carga Del Carbón

7.1 - Distribución Del Carbón

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Un factor muy importante a considerar representa la concentración de carbón por tanque de adsorción

la cual se encuentra condicionada por la cantidad de oro en

solución y del grado de carga de carbón por

tanque. Concentraciones típicas de carbón en el primer tanque CIP es

aproximadamente 15g/l y alcanza los 40g/l en el

ultimo.

El primer tanque produce un carbón altamente cargado destinado a

desorción, mientras que el ultimo tanque produce

una solución pobre (Barren) que representa las colas de baja ley. La

solución puede ser reciclada previo reajuste

de pH y cianuro a los pads de lixiviación.

7.3-Avance Del Carbón En El Circuito CIP

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En los inicios de las plantas CIP existió siempre el temor de que, los granos de carbón se estropearan o fueran aprisionados a un tamaño mas pequeño que los intersticios de la malla de retención lo que provocaría que las concentraciones de oro se elevaran en los residuos solidos. La abrasión del carbón constituyo un serio problema pues altas concentraciones de carbón podían ser detectados en los últimos solidos.

7.4 - Perdidas De Carbón

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El carbón activado es mas selectivo para cianuro de oro que cianuro de plata y a razonables cantidades de estos dos metales, la plata disminuye lugares activos del carbón disponibles para el cianuro de oro. Existe especiales procedimientos que han sido adoptados para permitir una buena recuperación de la plata respecto al oro:

El primer y mas obvio procedimiento es operar el circuito de adsorción a cargas de oro y plata debajo de la capacidad de carga del carbón.

La segunda opción es operar a valores de pH menores, puesto que el carbón activado es solamente selectivo para el o sobre la plata a pH > 8.

7.5-Presencia De Plata En El Mineral Aurífero.

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