Lixiviación. Operaciones preparatorias

1. Físicas: Trituración y molienda 2. Químicas

a. Tostación oxidante. Ejemplo: minerales sulfurados de cinc

b. Tostación sulfatante. Ejemplo: minerales sulfurados de cobre

c. Tostación clorurante. Ejemplo: minerales de plata

d. Tostación de menas refractarias. Ejemplo: minerales de oro y plata

e. Calcinación en medio alcalino. Ejemplo: minerales de aluminio

f. Calcinación reductora. Ejemplo: Lateritas de níquel

Lixiviación in situ: yacimiento subterráneo

Lixiviación in situ: mina antigua explotada

Lixiviación estática en vertedero

Lixiviación estática en montones

Parámetros de funcionamiento de dos operaciones de lixiviación heap sobre minerales de cobre

Magma Copper Co.

San Manuel, AZ, EE UU

Chino Mines Co. Santa Rita, NM,

EE UU Composición del mineral % de Cu soluble

Crisocola 0,45

Calcosina 0,3

Tamaño del mineral Todo uno

90% - 10 cm

60% - 15 cm

Detalles del montón Base Polietileno de alta

densidad Suelo o arcilla

Altura de módulo, m 3 9 No. máximo de módulos 25 Área por montón, m2 12.000 30.000 Área total bajo lixiviación, m2 200.000 400.000 Vel. de construcción, t.día-1 27.000 100.000 Detalles de la disolución Flujo total lixiviante, m3.min-1 60 50 H2SO4 en lixiviante, kg.m-3 15 7 Cu en lixiviante, kg.m-3 0,1 1 Fe2+ en lixiviante, kg.m-3 0,25 Fe3+ en lixiviante, kg.m-3 2,25 1,6 H2SO4 en sol. fértil, kg.m-3 8-10 3-4 Cu en sol. fértil, kg.m-3 1,5-2 2-4 Detalles de la lixiviación Caudal de riego, m3/m2/día 0,4 0,1-0,3 Tiempo de lixiviación, meses 1,3 4 Programa de lixiviación Lixiv. con H2SO4

fuerte Maduración de 4 días

Lixiv. con H2SO4 fuerte

Maduración de 3 díasLixiviación con

refinado

Consumo total de H2SO4 1,7 t/t cátodo de Cu

Lixiviación en estanques

Reactor agitado de lixiviación y agitadores de hélice y paleta plana

Autoclave para la lixiviación a presión

Reactor Pachuca de lixiviación

Comparación de los distintos métodos de lixiviación aplicados al tratamiento de las distintas materias primas del cobre

Método de lixiviación

Montones Heap

Montones Dump

In situ Estanques Agitación

Mineralización Sulfuros secundarios

Esencialmente calcopirita

Todos Minerales oxidados

Minerales oxidados

% Cu en el mineral

0,2 - 1 menos de 0,2 más de 0,5 1 - 2 20 - 40 (concentrados)

H2SO4 en lixiviante

(g.L-1)

5 - 15 30 pH≅2 50 50 - 100

Cu en disolución fértil

(g.L-1)

1 - 5 0,2 5 20 - 40 30 - 50

Tiempo de lixiviación

Desde varios meses a

varios años

Hasta décadas Hasta décadas

5 - 10 días 2 - 5 horas

Tamaño representativo de la operación

Módulos de 3 a 9 m, 105-106

m2 de superficie total de

lixiviación

105-106 m2

Montones de hasta 100 m

200 m3 de lixiviante por

hora

6 - 12 estanques

500 t de concentrado

por día

Cu lixiviado (t.día-1)

10 - 200 20 20 50 100-200

Producción mundial de Cu

a través del método (t/año)

0,7.106 0,05.106 0,05.106 0,05.106 0,2.106

Bauxitas: Gibbsita [Al(OH)3], Diaspora [AlO(OH)], Bohmita [AlO(OH)]

( )

( )( )

2 23

2 2

2 2 3

2

2

Al OH NaOH NaAlO H O

AlO OH NaOH NaAlO H O

NaAlO H O Al OH NaOH

+ → +

+ → +

+ → +

Proceso Bayer para la obtención de alúmina

Mecanismo electroquímico de lixiviación de sulfuros

Características

1. El sólido es un semiconductor 2. Se produce una transferencia electrónica entre el sólido y las especies químicas en

disolución 3. La disolución del sólido y la transferencia electrónica ocurre en lugares distintos de

aquel 4. Las reacciones redox ocurren simultáneamente pero con un mecanismo cinético

distinto 5. La velocidad de disolución es una función compleja de la concentración de los

reactantes 6. La cinética de las reacciones está influenciada por la estructura cristalina del sólido y

por defectos en su red: a. Impurezas en solución sólida b. Presencia de distintas fases minerales (pares galvánicos) c. Distintos iones en disolución

Orbitales atómicos y moleculares del ZnS

Esquema de distribución de bandas en el ZnS

Niveles energéticos en el ZnS puro y contaminado con hierro

Disolución de la esfalerita por formación de un par galvánico con la pirita

Potenciales de reposo de distintos sulfuros a pH 4

Mineral Potencial de reposo

(V)

Pirita +0,66

Marcasita +0,63

Calcopirita +0,56

Esfalerita +0,46

Covelita +0,45

Bornita +0,42

Galena +0,40

Argentita +0,28

Estibnita +0,12

Molibdenita +0,11

Acción catalítica de iones

2 22 2 sup

3 22 sup

4 2

2 2 2

CuFeS Ag Ag S Cu Fe

Ag S Fe Ag Fe S 0

+ + +

+ + +

+ → + +

+ → + +

Condiciones

1. Los iones deben activar al cristal del sulfuro fijándose en la superficie de éste y liberando iones formadores del sólido inicial

2. El catalizador debe formar un par que participe en el mecanismo electroquímico de disolución del sulfuro

3. El catalizador debe aumentar la rugosidad de la superficie (áreas catódicas) y, por tanto, la velocidad del proceso

Potenciales redox de reactivos oxidantes

Procesos de lixiviación oxidante

Sistema Reacción catódica Procesos que utilizan directamente oxígeno Lixiviación cianurante de Au y Ag Lixiviación de Cu y sus chatarras Lixiviación in situ de minerales de U Lixiviación a presión de minerales de U Lixiviación a presión de minerales sulfurados

2 22 4 4O H O e OH− −+ + →

Procesos que utilizan sales férricas Lixiviación con sulfato férrico de minerales de U Lixiviación con cloruro férrico Lixiviación bacteriana Lixiviación electrooxidante

3 21Fe e Fe+ − ++ →

Procesos que utilizan directamente la oxidación anódica Normalmente, deposición de un metal Procesos que utilizan cloruro cúprico 2 1Cu e Cu+ − ++ → Procesos que utilizan cloro

2 2 2Cl e Cl− −+ →

Lixiviación oxidante. Ejemplos de aplicación industrial

Lixiviación de minerales de oro y plata Proceso anódico: ( )2

4 8 4 4Au CN Au CN e−− −+ → +

Proceso catódico: 2 22 4 4O H O e OH− −+ + → Proceso global: ( )2 2 2

4 8 2 4 4Au CN O H O Au CN OH−− −+ + + → + Lixiviación de minerales de uranio con ganga básica

Proceso anódico:

( )

2 3 2 3

2 3 2 3 2

422 3 3 2 3 3

1

1

2

UO HCO UO HCO e

UO HCO OH UO CO H O e

UO CO CO UO CO

− −

− −

−−

+ → +

+ → + +

+ →

Proceso catódico: 2 22 4 4O H O e OH− −+ + → Proceso global: ( ) 42

2 3 3 2 2 3 32 2 4 2 2UO HCO CO O UO CO OH−− −+ + + → + −

Lixiviación de minerales de uranio con ganga ácida Proceso anódico: 2

2 2 2UO UO e+ −→ + Proceso catódico: 3 21Fe e Fe+ − ++ → Proceso global: 3 2

2 22 2UO Fe UO Fe2+ + ++ → + Regeneración del hierro férrico: 2 2 3

2 2 4 4 22 2 2 2Fe MnO H SO Mn Fe SO H O+ + ++ + → + + +2 2−

Microorganismos con capacidad biolixiviadora

Microorganismo Morfología Temperatura óptima (º C)

Fuente de energía

Mesófilos

Acidithiobacillus ferrooxidans Cilíndrica 25-40 Fe/ S Acidithiobacillus thiooxidans Cilíndrica 25-40 S Leptospirillum ferrooxidans Cilíndrica

curvada 30-40 Fe

Ferroplasma sp. Irregular 35-40 Fe Termófilos moderados

Sulfobacillus thermosulphidoooxidans

Cilíndrica (forma esporas)

50 Fe/ S

Acidithiobacillus caldus Cilíndrica 45 S Acidimicrobium ferrooxidans Cilíndrica 45-50 Fe / S?

Termófilos extremos

Sulfolobus metallicus Redonda irregular 60-70 Fe/ S Metallosphaera sedula Redonda irregular 65-75 Fe/ S Acidianus brierleyi Redonda irregular 70 Fe/ S

Mecanismos directo e indirecto de biolixiviación

Mecanismo directo

+−+ ++⎯⎯ →⎯++ HSOMOHOMS bacteria 223 2

42

22

+−+ ++⎯⎯ →⎯++ HSOFeOHOFeS bacteria 2227 2

42

222

Mecanismo indirecto

+++ ++→+ 223 22 FeSMFeMS

−+++ ++→++ 24

22

32 21615814 SOHFeOHFeFeS

OHFeHOFe bacterias2

32

2 22212 +⎯⎯⎯ →⎯++ +++ )

−+ +⎯⎯⎯ →⎯++ 2

422 223 SOHOHOS bacterias

Mecanismodel tiosulfato

Mecanismodel polisulfuro

Fe3+ Fe3+

Fe2+ Fe2+

MS MSAf, Lf

Af, At

Af, Lf

(Af, At)

(Af, At)

H+

M + S O2+ 2-2 3

M + S2+ 2-n

S8

SO + H42- + SO4

2-

Mecanismos indirectos en la biolixiviación de sulfuros. Af = A. ferrooxidans; Lf = L. ferrooxidans; At = A. thiooxidans

Mecanismo del tiosulfato (pirita, molibdenita y volframita) ++−+ ++→++ HFeOSOHFeFeS 6736 22

3223

2

++−+− ++→++ HFeSOOHFeOS 108258 2242

3232

Mecanismo del polisulfuro (calcopirita, esfalerita, galena, etc.)

( )221 2

223 ≥++→++ ++++ nFeSHMHFeMS n

+++ ++→+ HFeSFeSH n2

83

2 81

21

+− +→++ HSOOHOS 223

81 2

4228

Biolixiviación. Ventajas y desventajas

Ventajas 1. Ausencia de contaminación atmosférica

2. Consumos energéticos reducidos

3. Bajo consumo de reactivos

4. Bajos costes de operación

5. Posibilidad de tratamiento de marginales

6. Flexibilidad en cuanto al tamaño de las instalaciones

7. Fácil separación del hierro en forma de jarositas

Desventajas 1. Producción de disoluciones diluidas

2. Generación de efluentes ácidos

3. Velocidades lentas

Aplicaciones industriales

• Minerales sulfurados de cobre

• Minerales oxidados de uranio

• Minerales refractarios de oro y plata

• Minerales sulfurados de níquel y cobalto

• Desulfuración de carbones