UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRIONFACULTAD DE INGENIERIA METALRGICA

DEDICATORIA

Este trabajo monogrficose la dedicamos a unas personasmuy especiales quienes nos apoyanincondicionalmente en nuestroproceso de aprendizaje, ellosson nuestros padres.

INTRODUCCIN

En los circuitos de lixiviacin industrial las soluciones lixiviantes son recirculadas continuamente entre etapas o ciclos de lixiviacin y extraccin por solventes. En la extraccin por solventes se extrae selectivamente el cobre, mientras los dems iones permanecen en solucin acuosa. Como consecuencia los iones metlicos diferentes del cobre y los aniones que los acompaan llegan a un estado estacionario donde su concentracin puede ser muy alta (Rojas 1998). La concentracin de los iones acumulados en el proceso de lixiviacin (hierro, aluminio, magnesio, manganeso, etc.), proviene de la disolucin de las especies que contienen el metal de inters (cobre) y de la ganga. Esta disolucin depende del consumo de cido del mineral, tiempo de residencia del mineral en la pila y concentracin de cido en las soluciones lixiviantes. La informacin bibliogrfica disponible sobre lixiviacin de minerales de cobre con soluciones con alta carga inica es escasa.El proceso de lixiviacin de minerales oxidados de cobre es estudiado normalmente de acuerdo a la tasa de irrigacin y concentracin del agente reactante (Roman et al 1974, Benner et al 1974, Canterford 1985), sin analizar la naturaleza de la solucin lixiviante.

LIXIVIACIONEs el procedimiento de recuperacin de un metal de una Mena, mediante un disolvente y la separacin de la solucin resultante de la porcin sin disolver.Factores importantes de una Lixiviacin: Poner en contacto el disolvente con el material que se ha de lixiviar con el propsito de permitir la disolucin del metal. Separar la solucin formada del residuo slido. Precipitar el metal de la solucin.Variables que influyen en la eleccin de un lixiviante idneo: Naturaleza de la Mena o del material que hay que disolver. Posibilidades de regeneracin. Precio y accin corrosiva. Condiciones operacionales tales como la temperatura, el tiempo de contacto, la concentracin y el PH.Agentes lixiviantes mas utilizados: EL AGUA LAS DISOLUCIONES DE SALES EN AGUA(SULFATO FERRICO, CARBONATO DE SODIO, CLORURO DE SODIO, CIANURO DE SODIO, SULFATO DE SODIO, TIOSULFATO DE SODIO). AGUA DE CLORO. ACIDOS (SULFURICO, CLORHIDRICO, Y NITRICO). BASES (HIDROXIDO DE SODIO Y AMONIO).

El Agua.-Tiene pocas aplicaciones como agente lixiviante (pues en la naturaleza los minerales solubles en agua son relativamente escasos). Las disoluciones de sales en agua: Carbonato de Sodio, para menas de Uranio.UO2 +3Na2CO3 +H2O +1/2O2 Na4 [UO2 (CO3)3] +2NaOH Cloruro de sodio, para el sulfato de plomoPbSO4 + 2NaCl Na2SO4 +PbCl2PbCl2 +2NaCl Na2 [PbCl4] Cianuro de sodio, para menas de Au y Ag.2Au + NaCN +O2 + 2H2O 2Na [Au(CN)2] +2NaOH + H2O2 Sulfuro de sodio, para sulfuro.Sb2S3 + 3Na2S 2Na3[SbS3] Tiosulfato de sodio, para el cloruro de plata producido en algunas tostaciones.2AgCl + Na2S2O3 Ag2S2O3 + 2NaClAg2S2O3 + 2Na2S2O3 Na4[Ag2(S2O3)3] Sulfato Frrico.-La cuprita, Cu2O y la Calcocita, Cu2S, requieren para disolverse completamente una solucin cida del sulfato frrico: Cu2O + H2SO4 CuSO4 + Cu + H2OCu + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2 FeSO4 Cu2O + H2SO4 + Fe2(SO4)32CuSO4 +H2O +2FeSO4

Cu2S + Fe2(SO4)3 CuS + CuSO4 +2FeSO4CuS + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2FeSO4 + SCu2S + 2Fe2(SO4)3 2CuSO4 +4FeSO4 +S

Esta ltima reaccin se produce a 35 50 C. Agua de Cloro.-Se utiliz para lixiviar menas de oro, pero se abandon al descubrir el proceso de cianuracin. ACIDOS: cido sulfrico.-Es el ms efectivo con muchas menas, se utiliza, diluido y concentrado e incluso mezclado con cido fluorhdrico. Es barato y menos corrosivo. Las menas oxidadas son fcilmente solubles en H2SO4 diluido.CuCO3.Cu(OH)2 + 2H2SO4 2CuSO4 +CO2 + 3H2OZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2OLas impurezas, tales como xido de Fe, se disuelven:Fe2O3 + 3 H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3 H2O OTROS ACIDOS, como el HCl y el HNO3,se utilizan en menor proporcin. BASES : NaOH.-Se utiliza para disolver Aluminio a partir de la Bauxita HIDROXIDO DE AMONIO.-Se utiliza para extraer metales que forman aminas solubles.La lixiviacin con bases presenta las ventajas siguientes: Pocos problemas de corrosin Mayor adecuacin para menas carbonatadas Mayor selectividad, puesto que los xidos de Fe. No son atacados METODOS Y EQUIPOS PARA LIXIVIARLa facilidad de disolucin y la riqueza de la Mena, son factores para determinar el mtodo a emplear, los ms comunes son: Lixiviacin In Situ Lixiviacin en Montn. Lixiviacin en Cuba Lixiviacin de pulpas con agitacin. - Paletas mecnicas. - Aire comprimido - Agitacin mecnica combinado con aire Lixiviacin In Situ.-El disolvente se vierte en pozos naturales o artificiales. El mtodo se basa en el hecho de que, cuando se tritura la Mena sulfurada de modo que lleguen a ella el aire y el agua, las porciones sulfuradas se descomponen y se forman sulfatos solubles.La gran ventaja del `mtodo se debe a que es muy econmico y con l se obtiene cobre de menas completamente inaprovechables hasta ahora. Este mtodo se utiliza para menas de cobre con muy baja ley. La Mena se lixivia durante largos periodos de tiempo. Lixiviacin de montn.-La Mena de baja ley se amontona en ella hasta una altura de unos 8 m. En la parte alta del montn se hacen algunos canales de distribucin, y sobre ellos se dirige el lquido de lixiviacin, que consiste en agua o cido sulfrico. Se vierte en la cima y la disolucin lixiviada se va recogiendo en la base. Algunas veces se hacen perforaciones verticales, con el objeto de facilitar la circulacin del agua y, al mismo tiempo, facilitar la circulacin de aire, que ayuda al proceso de lixiviacin. Lixiviacin en cuba.-El material que se ha de lixiviar, se coloca en un tanque, equipado con un falso fondo provisto de medio filtrante. El disolvente se aade por la boca del tanque y se deja colar por entre el material. Estos tanques se colocan de tal modo que se emplea un sistema de contracorriente, los que contienen menos slidos, se aaden al ltimo tanque y el lquido ms diluido, al primero, y se bombea de un tanque a otro hasta que llega al ltimo tanque, casi saturado. Este procedimiento es adecuado para material poroso y arenoso. Lixiviacin de pulpas con agitacin.-Se preparan moliendo el material(pulpa de menas, concentrados, calcinados, etc.) con agua, hasta producir el tamao ptimo. Las densidades de la pulpa varan del 40-70 % de slido. Se aade el agente lixiviante y se agita la pulpa continuamente. La agitacin puede conseguirse mediante:1. Paletas mecnicas.-Normalmente para tanques pequeos.2. Aire comprimido.-Son tanques cilndricos de 12 pies de dimetro y 45 pies de alto, con un fondo cnico, de 60 , y estn hechos de madera o acero recubierto con caucho. Estn dotados de un tubo vertical, abierto por ambos extremos. El aire comprimido se introduce por este tubo cuando el tanque se carga con la pulpa, produciendo la circulacin de los materiales hacia arriba, por el tubo central, y hacia abajo, por el espacio anular, de manera que los slidos se mantienen en suspensin.

LIXIVIACION DE CuHablando de lixiviacin de cobre, podemos decir que existen tres tipos de lixiviacin:1. I. Lixiviacin en DUMP .-Sulfuros y xidos de baja ley de operaciones a cielo abierto a gran escala .Puede durar varios aos .La operacin se realiza sin chancar .I. II. Lixiviacin en Heap .-Mineral oxidado poroso .El ciclo de tratamiento puede durar unos meses Puede estar chancado o sin chancar .II. Lixiviacin VAT .-Mineral oxidado de cobre chancado. El ciclo de tratamiento dura unos das.Todo esto nos da una visin clara , de cuanto mayor es la superficie de tratamiento del mineral, mayor velocidad con respecto al tiempo ser su lixiviacin .Recientemente , la lixiviacin insitu de depsitos de menas ha recibi un nfasis especial y parece ser un rea en la cual sern hechos significantes avances en un futuro cercano. Este tipo de operacin hidrometalurgia es frecuentemente referida como solucin de mina ,Es muy importante considerar la lixiviacin en DUMP como parte de la solucin de mina desde que las propiedades fsicas y qumicas son similares a la lixiviacin de depsitos fragmentados en el lugar .Mucho de lo que se espera de la extraccin insit puede ser derivado de la experiencia corriente y prctica en lixiviacin en DUMP.Virtualmente todos los investigadores estn de acuerdo que la lixiviacin de fragmentos de menas comprende la penetracin de la solucin en la estructura de la mina porosa. La cintica comprende difusin de lixiviante en la rica donde la reaccin ocurre con partculas de minerales individuales ,la cintica es complicada por el cambio de porosidad ,pH y concentracin de soluciones.Parte experimental Parte A: Lixiviacin Se pesan 6g de un mineral de cobre tostado. Preparamos una disolucin de H2SO4 al 2% de 250ml (ser nuestra disolucin de lixiviacin), luego esta disolucin la llevamos a un vaso de precipitados de 500ml. Despus le aadimos el mineral de cobre tostado y lo dejamos lixiviar con agitacin constante durante 30 min. A temperatura ambiente. Mientras que la reaccin tiene lugar, deberemos de tomar cada cierto tiempo una muestra de la lixiviacin de 3 ml. La tomaremos, partiendo del tiempo cero, a los 2, 5, 10 y 30 min. Estas muestras se toman en un tubo de ensayo, y filtrndola previamente con un tubo de pliegues. El filtro de pliegues tiene que ser pequeo, ya que si es muy grande, no se filtrara la gran parte de los 3 ml. De estos 3 ml, cogemos uno, y lo llevamos aun erlenmeyer de 250 ml y lo diluimos hasta, aproximadamente 100 ml. Luego, con un pH metro ajustamos el pH entre 7 y 8. Para ello: Si el pH2 lo ajustaremos con una disolucin 1M de NH4Cl y 1.5 ml de una disolucin de NH4OH (que es un tampn de pH=8). Ph de nuestras muestras:

Muestra (min)pH

22

52,04

102,16

302,37

En todas nuestras muestras, hemos utilizado la disolucin tampn para ajustar el pH. Luego, a cada una de estas disoluciones, se les aade una punta de esptula del indicador murexida. La disolucin toma un color amarillo verdoso. Despus lo valoramos con EDTA 10-2 M, y en el punto de equivalencia, el indicador virar a rosa-prpura. Datos de las valoraciones:Muestra (min)EDTA 10-2 M gastado

27,7 ml

510,8 ml

1012,1 ml

3015,1 ml

Calculamos la concentracin de Cu en la disolucin de lixiviacin en cada uno de los tiempos:M(EDTA)*V(EDTA)=M(Cu)*V(disol deCu)

M (EDTA)= 10-2MV (disol Cu)= 100 mlV(EDTA)= tabla de arriba

Muestra (min)[Cu] (M)

20,077

50,108

100,121

300,151

Parte B: Cementacin Cuando hayan transcurrido 30 min, filtramos la reaccin de lixiviacin sobre un filtro de pliegues y en un erlenmeyer de 250 ml. Despus, medimos sobre una probeta de 250 ml, el V de nuestra disolucin. Nos da un volumen de 230 ml. Despus pasamos la disolucin de nuevo al erlenmeyer y le aadimos una punta de esptula de NaCl. Cogemos tres placas de aluminio, las lijamos, limpiamos y pesamos: 2,56g. Lo siguiente es introducir las placas en la disolucin y calentar la mezcla hasta que tenga lugar la cementacin del cobre. Para identificar este proceso, observaremos un cambio de color: la disolucin en principio azul, se pondr griscea. Terminado el proceso de cementacin, separamos la disolucin del precipitado y las placas de aluminio. El Cu cementado y las placas se meten en el horno un da entero para secarlo de manera eficaz. La disolucin se desecha. Cuando haya transcurrido un da pesamos el Cu :

Cu cementado 2,49g

CALCULOS: 1- Comparar el efecto del tiempo de lixiviacin en la velocidad de disolucin del cobre.

3- Calcular el porcentaje de Cu recuperado por cementacin de la solucin de lixiviacin.

Calculo los g de Cu que debera de haber obtenido. En 230 ml tengo una concentracin de Cu del 0,151 M.

M=mol/V mol= M*V; mol= g/PM g=M*V*PM= 0,151*0,23*63,55

g de Cu tericos= 2,21g

g de Cu obtenidos= 2,49g

Los g de Cu obtenidos son mayores que los tericos. Si hacemos el porcentaje nos dar un valor de ms de un 100% de rendimiento. Esto no puede ser, ya que es imposible que obtengamos ms producto del terico. La explicacin a este fenmeno, es que nos han precipitado otras impurezas que no son el Cu, y nos han aumentado la masa del Cu obtenido, dndonos dicho valor errneo.

4- Calcular el potencial de la celda durante el proceso de cementacin justificando la espontaneidad de la reaccin.Cu2+ + 2 e- Cu Eo= 0,34V2/n M 2/n Mn+ + 2e- Eo= 1,67 V Cu2+ + 2/n M Cu + 2/n Mn+ Eo= 2,01 V

G= -nFEo

Donde: n= nmero de e- q se intercambian F= 96500 C/mol Eo= 2,01 V

Si lo aplicamos vemos que tanto F como Eo y n son positivos, por lo que el G nos dar menos que cero. Esto nos indica que la reaccin es espontnea.

5- Establecer el diagrama de flujo del proceso y comentarlo brevemente.

Preparacin de la mena Lo hacemos mediante un proceso qumico: la tostacin. Lixiviacin Disolvemos el metal en un agente lixiviante, en este caso, el agente que utilizamos es una disolucin de H2SO4 al 2%. Purificacin Hemos utilizado la cementacin Precipitacin Este paso va ligado al anterior, obtenemos el metal en estado slido Metal Despus del paso anterior, filtramos el metal, lo secamos y lo pesamos, y ya obtenemos el metal deseado, en nuestro caso el Cu

CONCLUSIONES

La velocidad de disolucin de cobre est limitada por la difusin del ion cprico a travs de la capa de residuo de la lixiviacin desde la zona de reaccin hacia la solucin, tanto para soluciones diluidas como concentradas.La velocidad de disolucin de cobre es mayor en soluciones diluidas que en soluciones concentradas dado que el coeficiente de difusin del ion cuprico disminuye en un 60 % al utilizar soluciones concentradas. La velocidad de disolucin de cobre es independiente de la concentracin de cido sulfrico en el rango de 15 a 30 [gr/lt].El consumo de cido por cobre producido aumenta al aumentar la concentracin de cido en solucin sin aumentar la velocidad de disolucin del cobre ni su recuperacin. Basado en este resultado debera existir una concentracin de cido menor a 15 [gr/lt] que mantenga la velocidad de disolucin de cobre minimizando el consumo de cido. Debido a lo anterior es necesario efectuar pruebas adicionales de lixiviacin con menor cantidad de cido para asi poder encontrar el ptimo en el consumo de cido por cobre producido.

ANEXOS

Pgina 15