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/ CINETICA
DE LIXIVIACION DE FERRIC0
ESFALERITA CON CLORURO TESIS QUE
PRESENTA
MAESTRO EN INGENIERIA QUIMICA NOVIEMBRE DE 1988
..i
INDICEIc'\'"
pigina INDICE INDICE DE DE TABLAS FIGURAS INTRODUCCION ANTECEDENTES OBJETIVOS MODELAMIENTO MATEMATICO PSEUDO ESTADO ESTACIONARIU REGIMEN TRANSITORIO METODOS EXPERIMENTALES
iiiii1 1 15
Capltulo I .
l.1.2,-
I.
Capltulo 11.
11.1.I I .2. -
17 17 2530 30 31 34 35
Capltulo I I I .
111.1.- MATERIAL Y EQUIPO 111.2.- CARACTERIZACION DEL MINERAL 111.3.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 111.0.- ANALISIS DE LA SOLUCION
Capltulo IV.
IV.1.IV.2.IV.3.-
RESULTADOS Y DISCUSION EFECTO DE LA VELOCIDAD DE AGITACION EFECTO DEL TAMAIUO DE PARTICULA EFECTO DE LA TEMPERATURA IV.4.EFECTO DEL pH DE LA SOLUCION IV.5.- EFECTO DE LA CONCENTRACION DE ION CLORURO IV.6.EFECTO DE LA CONCENTRACION DE AGENTE OXIDANTE I V. 7 . PROCESO CONTROLANTE I V. 8. ORDEN DE REACCCI ON CONCLUSIONES SIMBOLOGIA
37 3740
4244 46 40
546777
Capltulo V . Capltulo VI.
8082
Capltulo V l l . BIBLIOGRAFIA DIAGRAMA DE FLUJO PARALA RESOLUCION DE LASECUACIONES DEL MODELO EN REGIMEN TRANSITORIO APENDICE B. TECNICAS DE TAMIZADO B. l. TAMIZADO EN SECO B. 2. TAM I ZADO HUMEDO APENDICE C. TECNICA DE MUESTRE0 APEND I CE D. TECNICAS ANALITICAS ANALISiS CUALITATIVO D.2.ANALISIS CUANTITATIVO APEND I CE A.
85 86 868790
D. 1. -
92 92 95
APENDICE E.
DATOS EXPERIMENTALES
087379
97
_ I C
I
I
r
k
. .i iINDICE DE TABLASTab 1aI.-
paginaResumen de Resultados de Investigadores P r e v i o s Respect& Y la CinCtica de Lixiviacibn de ZnS Utilizando Ian FLrrico como Agente Oxidante Tamices Utilizados. Resul+,ados del Anblisis Cualitativo. Resultados del Analisis Cuantitativo. Concentraciones de Agente Oxidante Utilizadas en la Experimentacidn. Constantes Cineticas de Primer Orden, Calculadas a Partir del Modelo Clasico de NCIcleo Decreciente. Ca = 0.095 [MI. Variacibn de la Concentracian de Agente Oxidante en el Seno del Flu'ido.
7
11.111.-
3 1 33 3348
1V.V. -
VI.-
58
VI1.-
68
VII1.-Nbmeros de Damk8hler Correspondientes a Procesos con Control Cinbtico.1X.-
Valores de las Constantes Cineticas Utilizadas en la Simulacibn, de Acuerdo al Modelo de Nbcleo Decreciente en Regimen Transitorio. Constantes Cineticas d e Orden Cero, Calculadas a Partir del Modelo Zlasico de Nbcleo Decreciente. Ca = 0.095 CHI. Metodos de f i 1 traacidn. Cornparacibn de Resultados.
X.-
73.91
'
XI. -
XI].- Condiciones de Operacidn en elEspectrofotbmetro d e Absorcidn Atbmica.E.l.95
Efecto de la Velocidad de Agitacibn Sobre la Tasa de Extraccibn. Sobre la Tasa de Extraccibn.
97
E.2. - Efecto de la Temperatura90 98
E.3.- Efecto del Tamaao de'ParticuIaS p b r e la Tasa de Extra~cibn.
Tab 1a
pa g i naSobre la Tasa de Extraccibn.99
E.4.- Efecto del pH de la SolucibnE.5.- Efecto de la Concentracibn de Cloruro de SodioSobre la Extraccibn. Tasa deE.6.-
99
Efecto dq la Concentracibn d e Agente Oxidante Sobre la tasa de extraccibn a 30 [ ' C I . Sobre la tasa de extraccibn a80 C O C I .
100
E.7.- Efecto de la Concentracibn de Agente Oxidante101
INDICE DE FIGURASFigura1.-
paginaCinc MetAlico.
Produccibn Industrial de
218
2.3.4.-
Modelo de NClcleo Decreciente. Sistema Experimental. Efecto de la Velocidad de Agitacidn Sobre la Tasa de Extraccibn. Datos Experimentales. Efecto del Tamano de Particula S o b r e la Tasa d e Extraccibn. Datos Experimentales.
36
3941
1I
II
5.-
6.- Efecto d e la Temperatura Sobre la T a s a d e Extraccibn. Datos Experimentales.
43
II
7.- Efecto del pH d e la Solucibn Sobre la Tasa d e Extraccibn. Datos Experimentales.8.-
45
Efecto d e la Concentracibn d e Cloruro de Sodio Sobre la Tasa d e Extraccibn. Datos Experimentales. Lixiviacibn sin Agente Oxidante en D o s Niveles d e Concentracibn. Datos Experimentales.
17
9.-
51
10.- Efecto d e la Concentracibn de Agente Oxidante S o b r e la Tasa d e Extraccibn a 80 ["CI.
Datos Experimentales.1 1 . - Efecto d e la Concentracidn de Agente Oxidante Sobre la Tasa de Extracci13.n a 30 C"C1.
52
Datos Experimentales.
53
....
"
"_
"
I
I
T
-iv-
Figura12.- Tendencia Esperada Para Control Mixto.13.- Ajuste de los Datos Experimentales al Modelo de Nbcleo Decreciente Cldsico para diferentes Tamahos de Particula. Control Cinbtico.
pagina59
60
14.- Ajuste de los Datos Experimentales al Modelo de NOcleo Decreciente Clhsico para diferentes Niveles de Temperatura. Control Cinktico.15.- Ajuste de los Datos Experimentales al Moaclo d e Nacleo Decreciente Clasicopara diferentes Niveles de pH. Control Cinktico.
61
62
16.- ~ j u s t ede los Datos Experimentales al Mods10 de NOcleo Decreciente Clhsico para diferentes Niveles de Concentracibn de Cloruro de Sodio. Control Cinktico. 17.- Confirmacibn de la Reaccidn Superficial como Paso Controlante.18.-
63
64 65
Obtencibn de la Energia de Activacibn.
19.- Efecto del TamaRo de Particula de Acuerdo al Modelo de NUcleo Decreciente ClAsico Cuandola Reaccibn Superficial Controla el Proceso. 20.- Efecto de la Concentracibn de Agente Oxidante Sobre la Tasa de Extraccibn a 80 C C . 'I Comparacibn de los Datos Experimentales con la Simulacibn del Proceso, de Acuerdo al Modelo de Nbcleo Decreciente en Regimen Transitorio.21.- Efecto de la Concentracibn de Agente Oxidante Sobre la Tasa de Extraccibn a 30 C"C1. Comparacibn de los Datos Experimentales con la
66
74
Simulacibn del Proceso, de Acuerdo al Modelo de Nbcleo Decreciente en Regimen Transitorio.22.- Efecto d e la Concentracibn de Cloruro de Sodio Sobre la Tasa de Extraccibn a 80 C " C 1 . Comparacibn de los Datos Experimentaies con la Simulacibn del Proceso, de Acuerdo al Modelo
75
de N k l e o Decreciente en Regimen Transitorio.23.- Ordenamiento d e 1 0 s Tamices. Tamizado en Seco.24.-
7689
Ordenamiento de los Tamices. Tamizado Hamedo.
89
,.
CapZtulo I
I
I
I
. . I
INTRODUCCIUN
1. l. -
ANTECEDENTES Dentro del estudio delos
procesos
de lixiviaci6n
directa de minerales sulfurados, el proceso de extraccibn de cinc ha tomado importancia en los Clltimos a i l o s . quese
El
procesoY
utiliza actua.lmente en la industria. presenta serlos uti1 izacibn de energIay
problemas en cuanto a almacenamiento lecho
maneio subproductos. tecnologla de La el sulfuro de cinc a bxido. endos
actual consiste en someter al mineral a una tostaclbn en un fluidizado. oxidandoseel txido sePusterlurmente.
lixivia
etapas, unase
neutra
y
otra
acida.
Durante el proceso de tostacibn,
producen complejos insolubles de fierro y cinc, ocasionando que el porcentaje global d e extraccibn de cinc disminuya; en el esta etapa se obtiene dibxido de azufre como subproducto. cual del se pasaa
una. planta productora de
acid0 sulft3rico
(Monhernius. 1979). El metodo de lixiviacibn directa anterior basicamenteen
difiere
q u e el paso d e tostacibn d e l
mineral nr_l se I l e v a a c a b o : el mineral sulfurado se somete a una lixiviacibn acida en presencia de cuva reaccibn es la siguiente: un agente oxidante.
donde :
k = a.gentc o x i d a n t em
= vaiencia a c t i v ase
En la figura
1
presenta'el
diagrama1979,.
de
flujo
deila.
proceso convencional Honhemi alternativa representa que
u's,
as1 como
la
lixiviacibn directa
del
. "
I
I
4
_. i
II
h
ZnS concentradoI
!I
IZAS
II
concentrado
Hzi
II
t I 1 1i
I
V
PRODUCCION
DEA C I D 0 SULFURIC0
i
I< 1
TOSTAC I O N
IiV
ZnO
I
1
Fig 1.- Produccibn Industrial d e Cinc t'letalico. > Proceso uso en .> A 1 ternat l v a .
mineral. La eliminacibn de tres etapas gastos operacibn. dey
del el
proceso reduce problema dela
se elimina
produccibn de ferritas y dibxido de azufre. Paraque inplementada agente oxidante operacibn. acidez de mineral. Ademas. que la etapaa
de
Iixiviacibn el
directa
pueda
ser
nivel industrial. s e requiere optimizar sistema.comosontipo concentracibn. temperatura. Y
losde
oarametrosinvolucradosen su
de
la soluci8n Y tamaho de partlcula
del
y como uno de los
puntos mas importantes,de
se requiere el conocimiento de se 1 leva a cabo. En la literatura
la cinetica
la
reaccibn
del tema.
los
agentes oxidantesy
estudiados son principalmente los iones ferric0 forma de cloruro y sulfato,(1973) realizbunestudiodey
chprico enI
el dibxido de azufre. Bjorling
la de
oxidacibnselectivade
minerales base sulfurados consideraciones en con termodinamicas obtenidas contemplando t r e s grupos:a) 0-
I
un diagrama de Pourbaix.
iI
l
como agente
primario de la oxidacibn. combinado comr3 ibn fPrrico.seY por
cono
otro agente oxidante,
ibn
cClpricopor
I
acid0 nitrico: estos agentes facilidad d e aplicacibn que pueden ser
seleccionan
su
la relativa facilidad con
regenerados. La reaccibn que
s e lleva a
cabo bajo estas condiciones es la siguiente:
donde M e
es
un metal.la reaccibn que ocurre es
En condiciones bhsicas o neutras. Mes
+
20z
---i
MeSU.
Ciii)
-4-
Estareaccibnsefavorececontemperaturas altas, mientras que1 0 0 ["CI y presibn un
v
presionespara
la
anterior puede la
llevarse a. cabo a atmosfPrica,
poco mayor que
mantener bajo control el vapor d e agua generado Y la presibn parcial delh)
oxlgeno.
lones ferric0 y cfprico como oxidantes: el ib;l ferric0 e s un buen oxidante a temperaturas moderadas favorable tanto en aunque se prefiere menor tendencia a forma de cloruro comc de complejosy
2nncentracibn sulfato.Y
el cloruro por su alta estabilidad formar insolubles.
La
reaccibn que s e lleva a cabo es
Entre
las ventajas de utilizar al ibn f4rrico se encuentran por electrblisis. puede alterar En cuantoibn
su precio, la posibilidad de operar a presibn ambiental y su regeneracibn importante que autor af irma la presenciadesalesde la seccibn de este fierro en la solucibn remanente es. sin embargo. u n p r o b l e m a tambignal
purificacibn delproceso.
ibn
cClprico.
que. bajo condiciones sirniiares, e s u n agenee terrico. reaccibn
o x i d a n t e rnAs eficiente que el
c) Acido nltrico como promotor d e la oxidacihn: la que s e lleva a cabo e n este caso es
La desventaja de
utilizar
este agente es
el problema que
generan los iones nitrato en la recuperacibn de los metales. En el caso especlfico de recomienda. utilizaracid0 es~alerita. Bjorling nitkico.y
(1973)
pero
para sistemas a ser
presibn ambiental. los iones ferric0los mejores agentes 1ixivia.ntes.
cfprico resultan
-5-
Guy
et al. (1983) reportan
extracciones cobre.
de . . hasta 985 el cin'c ' ( 9 . 8 % )Y
de cinc d e un mineral que contiene plomo utilizando cloruro delpH.
cbprico. Estos autores realizaron la tempera.tura.Y
experimentos para determinar el efecto de
de la concentracibn de agente oxidante la formacibn de sulfatos:Y
del tamalo el medio
de partlcula: afirman que un pH menor que uno en reducede
la disminucibn del ta.ma.flode
partIcula
el aumento en la la
:c.
temperatura tienen un efecto cinc:los
muy
marcado en para
extracclbn
tiempos de
operacibn
obtencibn rendimientos de altos son
gra.ndes ( 1 6 a 2 0 horas). Loboy
Palacios
(1987) realizaron estudios con amboses
tipos d e agente oxidante. encontrando q u e el ibn f e r r i c 0 mas de al.,1986:
eficiente70%
bajo condiciones similares. Los rendimientos5 horas de operacibn a 80 C"C1 fuerany
mhximos alcanzados en utiliza al ibn caprico.1980;1985; Warren et al..
cuando s e utiliza al ibn ferric0
de 60% cuando s e
Di versos investigadores (Rath et Venkataswamy Y Khangaonkar. 1981: J in et a , &1985: BobeckY
Su. 1985: hr at
Lobo et
al.,
Verbaan
Y
Crundwel 1.
1986)
utilizado cloruro
ferric0 como agente oxidante con resultados alentadores.
El
estudio
de
ladel
lixiviacibn conocimiento
directalos
a
nivel efectos su de
laboratorio
requiere
d e la velocidad d e
aqitacibn a . d e c u a . d a . con el f I n d e poder aislarde los
parsmetros queSe
se
desea analizar. E s t e parametro no
ha
sido suficientemente estudiado,ha
a
pesar
importancia. por arriba Haungde
determinado que para sistemas similares Crpml iBobeck Y Su, 1 9 8 5 ) , en 200 CrpmlCrpml
al presente, la velocidad d e a g i t a ~ i b nbptima se encuentradeS00
iRath et al..1984).
1581) y entre 250 Y 906y
(Jin
et
al..
Berna1a 600
(1985, real izaron u n estudio d e la
lnfluencla d e e s t e par-&metro sobre la tasa d e extracclbn en un rango
300
Crpml: la tendencia de sus c u r v a s e s incremento enla
siempre a aumentar con
el
velocidad
de
-6-
agitacibn.
y
nunca obtienen
la misma curva de extraccibn
para dos o m 3 s velocidades de agitaci6n diferentes:' ahn asi, toman 600 Crpml como mejor opcibn. Con respecto a esfalerita-clorurc medio. Encontrcron la reaccibn que se lleva a cabo. Bobeck ferrico. encontrando que para existencia del ibn laque
y Su (1985) realizan un diagrama de Pourbaix para el sistema
pH menor en el
que dos. s e favztrecela
ferric0
r e l a . c i b n de concentra,ciones de
cinc a ibn ferroso en la solucibn es aproximadamente de dos, comprobandose as1 la. estequiometrla d e la reaccibn: ZnS Se+
2Fes+
"- >
2Fe2+
+
Zn2*
+
S"
(vi)pura,
realizarontambienexperimentosconesfalerita por el hecho que de
resultando menor la extraccibn en este caso que para concentrado: &Sto explica se la reaccibn de oxidacibn. En cuanto controlante quese respecto a conclusiones del al estudio de
el las
impurezas del mineral concentrado (fierro y cobre) catalizan
la cinbtica de lixiviacibn, el pasoj1
existen discrepancias en lleva a al
la literatura ta.nto sobre el orden de
sistema como sobre
la reaccibn mayorescon
cabo,discrepanciasqueson respecto del ajuste
lo altimo. La mayorla d e los autores derivan sus sus de datos11.1)y
experimentales al modelo de nacleo decreciente con hipbtesis pseudo-estado de estacionario (ver seccibn desarrollado resumen las por Yagi Kuniide (1955).
En la tabla I se han
conclusiones
autores Previos que
estudiado este problema.Dicho
modelo
ha sldo mal empleado en varios casos.
lo
que puede reportados.
ser
causa
de
la
variedad
en
los
resultados
-7-
I
Tabla I , -
Resumen de Resultados Respecto a la Cinetica
de Investigadores,Previosde LixiViacibn.de ZnS
Utilizando 1bn FBrrico como Agente Oxidante.
1}
1
I
REFERENC 1A
SULFUR0
DE CINC
I
PASO CONTROLANTE
1f(1977)
tipo
concentrado 363, 256, ambos procesos son por flotacibn 1181, 126 y 911 importantes (44 cristales
1I
dP [ I P
1i
(T t'C1)
190)1
E ,
II
ORDEN DE REACC I ON(Cat
tKJ/poIl/
tHl)
1 Demopou I os
1::&;:
11I
I
:1978 1
cristales
Rath et al. (1981) Venkataswamy y Khangaonkar (1981) Jin et al. (1984)
11
I 1 I
126 y 42 -212 +150
1
I reaccibn superficial 1 (45 - 85)
1I
5054
1.0 (0.1 0.5 (0.3
-
1.0)
III
1I
grado reactivo concentrado por flotacibn concentrado flotacibn
1
I
I
-75
1 difusibn en1
reaccibn superficial (25 - 100)(30 - 7 0 )
42
11
- 3.0)
la coraza
I
I
90
-75
111
1I
los datos se no no 'experimentales ajustan se la ambos modelos (106) obtiene
1
1I
0.36 (0.001-1.0
1.4 (0.2
-
0.8)
1
I por
-63
+53
1 reaccibn superficial(27
I1i
-125 +lo5
-
93)
1I
1
determina0.5 (0.05-0.8)
58.4
1
I 0.0 i 0.8) 1 0.5 (0.05-0.6)
1 Uarren etal.(1985)
111I
concentrado por flotacibn concentrado
i1 I
-27.5 t20.5
f
i
reaccibn superficial I no se (65) obtiene46.9
1 Bobeck y Su 1 (1985)
i
1
I 0.5 1 0.01
(0.3 - U.8)/0.6)
I
I I 1 Lobo et al.
-150 +lo0 ireaccibn superficial 51 lconversiones bajas y 1 (medias: difusibn con1 a /versiones altas (87) \II
iI
i
] 1.01 0.050.6
(
'
i !! 1
(1986)
1 concentrado -353 1 por flotacibn conversiones Ii
I
I
1
I
I Verbaan
it
i
+45 ireaccibn superficial ai bajas; di1 fusibn a conversiones /medias y altas (50-87)
i1
1I1
(0.1
i 0.1)
I
- 0.4)
!!
*
no se determina se no determina se no determina
i1
y concentrado lCrundwel1 (1986) por f lotacibn/Lobo y Palacios
I
II
i especificado1
no
1 reaccibn superficial(;S
(1987)
1 por
concentrado flotacibn
I1I
- ao,
I I11
175.467.6
-74
difusibn en
la coraza1
.(35- 8 0 )
1I 11l
11!
I
1
.
-
.
Sobre
la
validez de
la
hipbtesis pseudo-estado de et
estacionario en el modelo de nbcleo decreciente, Taylor
al.
(1983) realizan un desarrollo para el sistema en rggimeny
transitorioc,*b/Pe
encuentran quees
la
magnitud
del
parametroa
(=7)
lo
determinante.es
De
acuerdo
estoso
autores.
la hip6tesis0.1
vBlida
para
valoresmenores valores de
iguales que del
de dicho
parametro. Bishoff (1963. 1 9 6 5 )e s vBlida pa;.&7
determinb que dicha hipdtesis sistemas gas-sblido.
orden que de rango generalmente corresponde
a
El desarrollo realizado porla variacibn
Taylor
etla
al.
toma
en
cuenta
de la concentracibn de
agente oxidante en el llquido que se encuentra dentro dela concentracibn es constante y que la reacci6n
partlcula. pero sigue considerando que en el seno dei fluido superficia.1 es de primer orden.
.
Wen
(1968) explica
la
posibilidaddedeterminar
el
orden reaccibn de experimentalmente superficial controla. el proceso,Y
siy
la
reaccidn indicando es1 CI
desglosa el modelo de1955).
nacleo decreciente clasico (Yagi que dicho modelo sila
Kunii.
puede aplicarse a sistemas sblido-liquido del reactivo enpoder ser
concentracibn grande de I
soluci15n
suficientemente constante lasB
para
considerada como a slguienhes
lo largo d e l
proceso mode 1 o.
de
reaccibn. Manipulandolas
ecuaciones
llega
expresiones, control de difusibn en la coraza:
RR,t =bCa
2
rf
12
l-Cl-Xm
,)''.X
"D.
L
i
1
control d e la reacc-ibn superficial:
t =
PPR,bkCa
-
[ l-(l-XeL
1) 1 ' 3 !
1
-9I
Estas ecuaciones resultan adecuadas para el del paso controlante la anterior se logra graficando analizando pendientede el sies
establecimientoloY
en el sistema cuando existe duda: In (t) vs la In C1-(1-Xe)1/31 por
recta asi obtenida: si la controladopor
pendiente uno, es valor decorresponde
proceso estarkdos.
la dog,
reaccibnsuperficial: laP
la difusi6n: si ely
pendiente encuentra se entre uno
un
proceso
L'JVCI
cuntrol e s mixto. Bobeck et la
al.
(1985) utilizan
criterio un semejante para
determinacibn del paso controlante de su sistema.Sohn
y Szekely (1972) encontraron que, para reaccion@s a errores apreciables en los valida si la
salido-gas, el considerar de primer orden una reaccibn que no lalo
es puede conducir
resultados si el concentracibn del constante y si el
control del proceso es mixto: concluyen que reactivo fluido puede considerada ser proceso esta gobernado por una sola etapa;
hipbtesis de pseudo-estado estacionario es
ambos requisitos deben cumplirse ala vez. SU ajustan a(1976).encuentra sus que datos experimentales
un modelo0.1y
m i x t o de difusibn y reaccibn para la
lixiviacibn de un concentrado de terrico: entre oxidante. reportan1CM1
sulfur0de
de
cinc con uno.
ibn
concentracibn de agente con una
u n orden de reaccibn de
energla d e activacibn d e 5 0 CKJ/gmol] ( 1 2 CKcal/gmolI). fiemopoulos(1977)
realiza un estudio cinetico sobre de sulfuro d e cinc. variandoY
la
lixiviacibn de cristales
losse
niveles d e concentracien d e i b n ferric0 entre 0.3 reporta. control cinetico en utiliza
3.0 CM]:
el sistema sblamente cuando
el nivel superior d e concentracibn. con una energia(13 Ckcal/gmoll) y un orden de
d e activacibn de 54 CEJigmoll
reaccibn de Ijemopoulos
0.5
con respectoson
al
agente oxidante.por
Lasy
condiciones experimentales(1977,
emple'adas muy
Su
(1976)
similares.pero
sus resultados
sblo concuerdan en
el valor de
la
energla de activacibn( 5 0 y 54
obtenida, diferente en
4 C K J / g m o l l : estos valores
tKJ/gmoll respectivamente) son mas congruentes con un tipo de control mixto. como el reportado p o r Su ( 1 9 7 6 ) . Dutriaaa esfalerita,y
MacDunald
!iS78>. utilizanda cristales ajuste de sus
de
encon'traron un buen
datos
experimentale>
al modelo clAsico con control de
la reaccibn
s u p e r f i c i a . 1 , cc.n una. energla de activacibn de 4 1 . 8 CKJ/gmoll ( 1 0 CKcal/gmoll) y un orden
de reaccibn de 0.36 con respecto la energla de un proceso controlado
al ibn fgrrico.por
Como puede verser el valor de
activacibn obtenida no corresponde a la cinetica. Rathet reaccibn es de
al. (1981) reportancontroldifusivoen1.4
la
lixiviacibn con cloruro energla de activacibn de controlado ademas.
ferrico: aseguran que el orden de al ibn ferric0 con una un proceso los de la resultados; ibn90 CKJ/gmoll (21.5 CKcal/gmolJ),
con respecto
cantidad esta dificilmente armonizable con particula, lo queposiblementeenmascaralos
por difusibn. Solo experimentan con un ta.maRo de niveles de concentracibnel
ferric0
utilizados hacen inadecuado pseudo-estado estacionario traves de la capa de inertes. Venkataswamy ajustes tanto
uso de el
hipbtesis de
para
transporte d e iones a
y
Khangaonkar
(1581)
reportan buenospara
para control difusivo
como
control
cinetico en la lixiviacibn de esfalerita con cloruro f e r r i c 0 a baja concentracibn: estos resultados no concluyentes sobre el control del proceso pueden deberse a que no se analiza el efecto en el del tamafio medioes
de particula. ademas. de76%.
la concentracibn de
agente oxidante siempre es muy pequer'la: lapor
variacibn mlnimala.
lo que la utilizacibn de es
hipetesisdepseudo-estadoestac-ionariono
adecuada.
Tambien realizan experimentos utilizando tetracloroetileno
." ... ._".
-11-
para disolver la capa de azufre formada alrededor dei nQcleo del mineral no reaccionado, reportando 10s mismos.resultados que cuando no adicionan dicho solvente: es t3til hacer que el en esas condiciones, pues la partlcula varia de tamah0 n0ta.ral
uso del modelo de nClcleo decreciente no e s adecuado
realizarse la lixiviacibn. Haung ibn Berna!(1984) utilizan sulfato ferric0
y
para alla
lixiviar esfalerita, vtilizando oxlgeno ferric0 durante temperatura en un rango de operacibn de
para regenerar120
la reaccibn: estudian el efecto de a160
C"C1.
Mediante calculos estadlsticos no especificados. obtienen una energla de activacibn de 92 CKJ/gmoll (22 valor procesos con control cinetico. Jin et al. (1984) estudian el efecto de la temperatura, la concentracibn de agente oxidantey el tamaho de particula para determinar la cinetica de lixiviacibn de esfalerita con cloruro0.8%V I O
CKcal/gmoll),
que se encuentra dentro del rango caracterlstico para
ferrico:y
el mineral utilizado contiene 62% de cinc4 %la
(concentrado por flotacibn) y alrededor ded e cobre
de fierro. temperaturala
O. 1 % de plomo. Aumentos enel etapa modelo demas
disminuciones en el tamaho d e particula incrementan la lenta esla
extraccibn. Utilizando encuentran que
nClcleo decreciente, de reaccibn
superficial, con una energla. d e activacibn de 58.4 CKJ/gmoll( 1 4 CKcal/gmoll) y un orden de reaccibn d e 0.5 con respecto a
la
concentracibn
total
de
ibn
ferric0 para nivelesy
de
concentracibn entre de este oxidante estudioya
0.05la
0.8
CM];el
para agente
concentraciones superiores, encuentran que no afectaa
tasa extraccibn. un de En al. (1985)alY
posteriordeestesistema.Warrenet el orden de reaccibn con respecto mavores'.
encuentran que
ibny
ferric0 e s de 0.5 p a r a concentraciones entre 0.3d e 0.0 para concentraciones
0.8 C M 1
Realizan tambien un cloruro
estudio sobre
la influencia de la presencia del ibn
- 12en el medio, encontrando que dicho ibn incrementa la tasa de extraccibn: obtienen un orden de reaccibn con el efecto del ibn 'respecto alla
ibn cloruro cercano a estos autores estudian tasa de lixiviacibn
0.5. Cabe hacer notar
que sblamente cloruro sobre
Dobeck y Su tQB5i. e n
un
sistema
esfalerita-clctruro
f l r r i c o , encuentran que para conversiones fraccionales entre 0.9 y 0.8 controla la reaccibn superficial, alrededor de 0.9
la
velocidad
de difusibn a traves de la capa de inertes e s laes
tanimportantecomo decir, difusibn interna
reaccibnqulmicasuperficial, la etapa controlante. ely
es
el control es mixto; para conversiones superiores
la
Los
datos
experimentales necesarios realizar para
tratamiento
anterior fueron obtenidos utilizando una concentracibn de ibn ferric0 de
0.25
CM1
5
Cgl
de mineral
con lano~
aproximadamente 55% de cinc. condiciones bajo las cuales la concentracibn de agente oxidante en puede sblo el medio liquido de
hipbtesis de pseudo-estado estacionario no es adecuada. pues suponerse constante: para rendimientos superiores el des u valor inicial.ObtienenunaenergiaalI
5 0 % . la concentracibn de ibn ferric0 en el medi.0 es
tande
66%
I
i
activacibn de 46.9 CKJ/gmoll ( 1 1 . 2 CKcaligmolI). difusividades efectivassobredel orden dey
lo-"
Cmz/sl,
Y
constantes cineticas
entre 9.2-10" la hasta 0.1
17-10"
Cm./'sl. En cuanto a sus resultados
concentracibn de agente oxidante. encuentran queCM3 la tasa de extracclCnyes
proporcionalde
a
18.
concentracibn. puro.
para
valores superiores insensible: es cinc
estos experimentos los realizan utilizando sulfur
El
trabala
realizadla
por
Lobo
et al.
(1986). e s
un
estudio preliminar de esfalerita con cloruro esta controlado conversionesY
cinCtica de reaccibn
1 ixiviacibn de
f g r r i c o : se encuentra que el proceso
porpor
lala
superficiala
a
bajas
difusibn
travesde
la capa de
-13-
inertesconversiones a medias cineticas obtenidas son del
y
altas.
Las constantes una1" 0
orden de
10". Ccm/sl con
energla de activacibn de 50.6 CKJ/gmoll encuentran difusividades efectivas0.055
(12.09 Ckcal/gmoll). Y
del
orden de
Ccmz/sl. Al utilizar una concentracibn de agente oxidante de
CM1 para lixiviar 5 Cgl de mineral con 43.5% de cinc,est& cumpliendoconmantener constante.ti
nose
lalo
concentracibnde la hipbtesis de el
agente oxidante
pore5
que
pseudo-estad r s t a c i o n a r l o
valida. Por c t r a parte.
rango de tamahos de partlcula utilizado es muy amplio. Verbaany
Crundwell
(1986, encuentran que el proceso de
lixiviacibn de esfalerita con cloruro ferric0 controlado por la reacci6nsuperficial:utilizanoxlgeno el
@st&
para la regeneracibn del ibn ferric0 en el medio. La energla de activacibn encontrada congruente es con tratamiento sus de datos experimentales. donde de dimensiones d e ca 1 cu 1 ar se refierenFe+',
tipo delas
control observado. P r o p o n e n un modelo electroqulmico para el as constantes cineticas utilizadasdede
para unaal
la
energla orden
activacibn corresponden a reaccibn respecto conY
reaccibn d e orden c e r o ~Cgmol/s-cmrl!. pero los autores nuncaal
ibnI
ferrico: reportan un o r d e n d e r e a c c i b n de d o s con respecto ad e uno coz-Irespecto a 0 !1987!c i ~ C1.36
con respecto a H '
.
Lb
y Palacius
reportan control d e difusibn en ferrico. cinetico. conuso
la lixiviacibn de esfalerita con cloruro energla de activacibn mineral ue 51a
una de
d e 67.8 [KJ/gmolI (16.2 CKcal/gmoll).
valor tlpico de procesos conla causa de]I :
controllos
El
con tamailo d e partlcula no acotado es probablementela incongruencia en.I
esencia de finos
resuixados- t t e n i r l s , causa un rapido incremento en ladela
extraccibn en
los primeros momentos
lixiviacibn
y.
cuando estos se agotan.
la extraccibn s e torna. mas lenta.
"
I
I
I
-14-
De
lo
anterior.
lo
que queda
claro e s que el modelo . .la etapa
clBsico puede utilizado determinar ser para controlante en el
proceso. respetando limitaciones, sus
sobre todo en lo q u e se refiere a la concentracibn de a g e n t e oxidante:
en
cuanto
a
la el
determinacibn desarrollo
del del
orden de modeloen
reaccibn. la alternativaes
regimen transitorio. tomando en cuenta la posibilidad de q u e el ordende
la
reaccibn de
sea
Jistintodeuno
y
que
la
concentracibn
agente oxidarrte en el seno del fluido sea
variable a lo largo del proceso.
I. 2 .
-
OBJETIVOSLa alternativa que representa la lixiviacibn directa d e
minerales sulfurados sobre
el
proceso actualmente en uso
hace necesario el estudio de la cin&tica de dichos procesos. puesto que con base en el conocimiento emanado de dichos
estudios la creaci'br de nueva tecnologla es viable.detek.n!inar
Para
la
cinetica lixiviacibn de de los el modelo
esfalerita, es
necesario representar matematicamente el proceso.
fenbmenos involucrados en
Si
matematico empleado representa lo mAs fielmente Posible a la realidad, pueden predecirse con certeza las causas y efectos de cada una de las variables del sistema.De acuerdo a los trabajos revisados sobre I &
literatura
del tema.
los
parimetros mas importantes en
el proceso de
lixiviacibn de esfalerita a temperaturas moderadas y presibn ambiente son los siguientes:
a ) Concentracibn y tipo de agente oxidante.
b, Temperatura de operacibn.
c ) TamaRo d e particula.
d ,
pH de
la so1ucit)n.
e ) Concentracibn d e cloruros.
f ) Velocidad de agitacitn.
Pafa el conocimiento c o m p l e t o del sistema, e s necesario
el establecimiento d e d o s puntos i m p o r t a n t e s :a ) E t a p a controlante d e l
proceso.
I
I
I
-16-
b) Orden de reaccibn.
De acuerdo a estudio son:1.-
lo anterior. los
objetivos
del
presente
Determinacibn
d e la velocidad de agitacibn bptima para
realizar estudios cineticos sobre el proceso.2.- Determinacibn del efecto del tamafio de partlcula.
3.- Determinacibn del efecto del pH de la solucibn.
4.- Determinacibn del efecto de la temperatura.
5.- Determinacibn del efecto de la concentracibn de agente
oxidante.6.- Determinacibn
del
efecto de
la
concentracibn
de
cloruros.7.-
Determinacibn de la etapa controlante. Obtencibn de la constante cineticaY / O
8.-
la
difusividad.I
de acuerdo a. la etapa controlante9.-
del proceso.
Determinecibn del orden de reaccibn. Para determinar laY
etapa
contrO~alltedei proceso
%e
utiliza el modelo de nhcleo decreciente desarrollado Yagiy
por
Kuniiun
(1955,.modelo
ei orden de
reacci&n se determina
mediante
de
nbcleo decreciente
en
rhgimen
transitorio.
" e
I
I
I
1
*
I
17
Capitulo I 1
MODELAHIENTO
HATEHATlCO
11.1.-
PSEUDO-ESTADO ESTACIONARIO de
Para modelar el proceso de la extraccibn de metales minerales por lixiviacibn (sistemas
liquido-sbl~do), s e modelo fue no una buena
utiliza la teorla existente denominada de nacleo decrecienteo
de
n6cleo sin reaccionar. Originalmente. estepero
desarrolladoparasistemasreaccionantesheterogeneos cata1 iticos sblido-gas. en sistemas sblido-liquido. representa aproximacibn para explicar lo que sucede
fenomenolbgicarnete
El desarrollo de este modelo f u e hecho por Yagien1955
Y
Kunii
(Levenspiel.
1972).
con en base
la
reaccibn
irreversible
tvii) para. ei presente c a s o puecie representarse corno
QUP
Zns;,,,+ 2Fe3+, . = ,
"_
. ;
Zn2+,.6, + 2 F e 2 + ( r c , S'(., +
(vi)
Se parte de la ecuacibn d e balance d e materia aplicado a una envolturaesferica (.figura 2 ) . de dondeseobtienen las siguientes expresiones:
R,
K
r
R,
r .
.,
REACCIONADO
PELICULA DE F'LUIm
CORAZA MATERIAL1 E Y/O PRODUCTO SOLIDO DE
FIGURA 2.
MODELO DE NUCLEO DECRECIENTE
3C a
D .3 rLaecuacibn oxidante dentro de supone que la
(t. r = R c ) = kca
(4)
es
la
condicibn
inicial. dondese(5)
expresa que para tiempos menores que cero no existe agentela
partlcula
sblida. La ecuacibn aqeflte oxidanteen
concentracibn de
la
frontera lquido-sblido e s igual a la que se encuentra en el seno del fluido. constante a lo largo del proceso: es decir, sedesprecia localizada en la la resistenciaa superficiela
transferenciademasa
externa. La ecuacibn
( 6 ) corresponde a
la frontera interna,y
del nhcleo no reaccionado,
expresa que en esta selleva a cabo una reaccibn heterogenea de primer orden con respecto al reactivo en solucibn. Para la resolucibn dela
ecuacibn ( 3 )
se
hacen las
siguientes suposiciones:a j
El sistema es
isot&rmico:
esto supone que no existen de temperatura enrre ei s e n ciei sblido. esferica. su forma y tamarlo no1 5
diferencias apreciables fluldoY
ia superficie d e les
b, La partlcula de mineral
se modificanque
al llevarse a. c a b
reacclbn. El esquemase
del modelo puede verse e n la. f i g u r a 2. d o n d eei
aprecis
radio ciei material reacclonante decrece. deiandoY
atris una capa d e proauctos shlidos Losreactivos de reaccibn. Las partlculas de procesos difusivo cabo en serie.en
especies
inertes. superficie
soluclbntienen
que transportarse allegar ala
tra.ves de la capa mencionada para
C)
mineral son no porosas. por lo qu'e losy de reaccibn superficial se
llevan
a
" "
I
I
F
d)
La reaccibn superficial de oxidacibn es irreversible de y primer orden con respecto al agente oxidante.
e! La concentracibn oxidante)es
del mucho
reactivosolucibn en para los puntos correspondientes al nivel mas b a j o de conLentracibn de ibn a estabilizarse una extraccibn
fgrrico. cuva tendencia es . . ligeramente menor.
Tanto a
30
como a
80 C"C1.
las tasas de extraccibnde
correspondientes-a los dos niveles de concentracibn estabilizar la extraccion a una conversibn se utiliza nivel de0.00625
ibn
ferric0 mas altos so-n muv parecidas. asi como la tendencia a
mas
baia cuando
CM1
de dicho
ibn:
la diferencia e sa 80
entonces en el comportamiento de la curva correspondiente ai concentracibn estequiomhtrico. queComo yaC"C1 e s
menor comparativamente que a 30 C"C1. error de lectura es mayorla conversibn e s m u v pequefia.
se
dijo.
el
a la temperatura mas baia. porque
..
-
.
..
..,. . . ..
I
,."
Fig 9 - LixiviaciBn sin Agente Oxidante . en Dos Niveles de Temperatura. Datos Experimentales-
0873'79
t Inin1
Fig 10.-
Efecto de la Concentracian de Agente Oxidante Sobre la Tasa de Extraccibn a 80 t " C 1 . Datos Experimentales.
-53-
1
!ii
!i
i i~
1!
,
t Ininl
Fig 1 1 . -
Efecto de 1a.Concentracibn d e Agente OYidante Sobre la Tasa de Extraccibn a 30 E"C1. Datos Experimentales.
.
.. 1 1 -
>> >> >>
1 2-10-s 13-1024-10-3
1
CnO
CM1
0.006251 0.5 0.00625/ 2.0 O. 0125
1I I
(
Da ecuac i bn 35.1
>> >>
8-10"
1 >>I
1
5-10'1
3-10'
1
1
I
O. 5
0.0125 0.0250
0.0
1 iI1
2.00.52.0
1 > > 2-10' 1 >i 1t
O. 0950 10.0950
1
O*. O
i
1.0
I 1
>I
3-10-23-102
>>
1 1
0.0250
0.09500.0950
1 1
0.52.0
1 1 1I
1 1i
>>>>
1-10'
33-106
>>
i I*
Se llevaron reaccibn de
a
cabo simulaciones brdenes para clonsiderando que
de
2.0, 1.0. 1.5, 0.5 y 0.0,
la
reaccibn que se lleva a. cabo e5 irreversible; Bsto hltimo se h i z o dado que el valor de la constante d e equ,ilibrio para reaccibn que s e lleva a cabo e's grande (IK..2s'c=1.~31-10a0 la1,
ademas, los resultados obtenidos.descart/an la posiii lidad de reversibilidad dela
reaccibn. pueslo que
se $lcanzaron
- 'Y.conversionescercanas al
{>
.
.
.. .
100%
limitante (figura 10, tabla V I I ) .Los
deconsumo,del..reactivo .. , .. .' ,
._
.
,
resultadosde de los
las
simulaciones
para los cuatro muy pobres,
primeros valores ajustes respecto
de orden de reaccidn mencionados muestran datos experimentales
cuando no franc'amente ildgicos, ya que se obtenlan nomeros de Damkbhler correspondientes a controlados precedentes, por la difusibn. etapa Como se procesos enteramente mostrd en secciones la reaccibn mhs lenta corresponde a
superficial en todas :las experiencias para las cuales puede suponerse pseudo-estado estacionario, de concentracibn del agente oxidante. En cambio, cuando las e utilizb un orden de reaccibn de
por lo que es lbgico
esperar el mismo comportamiento cuando se varian los niveles
0.0, la congruencia entre
los
datos experimentales al'ta. tal como se Cabe22.
y
los puede
resultadosde observar enobtener
simulacibnfue
las figuras 20 a
destacar que para
dicha congruencia;fue
necesario variar el valar de concentralcibnYJ
la constante cinetica a cada cuenta es el efecto del ibn
para
tomar
en
cloruro.Dichavariacian
en la
constante cinetica es necesaria. posible separar en las ferric0aquel de para apreciarse de altn la a el
que en este sistema no 'cloruro y. como puede
el aumento de la concentracibn del ibnibn
figuras 7 y 8 , el ibn C 1 - inorementa la delibn cloruro queda agregadoL o s vdlores de
tasa de extraccibn grandemente. En otras palabras, el efecto concentracibn la en la constanke cinetica. por lo que bsta. no permanece constante la constante ferric0 Se la ibn
misma temperatura. la tablasu
cinetica empleada a cada concentracibn de muestran en constante reduce concentracibn del nltmero
1X
y
puede observarse dicha que confqrme disminuye
valor
total de ibn c'loruro en el medio. L o s valores la simulaclbn se la tabla 1 X :t o d d s ellos s e encuentran~
de DamkBhler obtenidos de
i
presentan tambien en
,
. ."
"". .I
-
en
el
orden de
magnitud
correspondiente
a.
.'
controlados por
la reaccibn superficial.
,
* .
pr.locesos
, .
.
.. .
,
Tabla 1 X . -
Valores de las Constantes Cineticas Utilizadas en la Simulacibn, de Acuerdo al modelo ,de Nacleo Decreciente en RegimenTransitorio.
it
I
1 1 I
C"C1 3030
0.0950
I
30 3080 80 80 80 80
11I
0.0250
0.01250.00625 0.0950
1
1I
1
1II 1
0.0950
11
O. 09500.0250
i
0.0125
La
obtencibn
explicarse mediante adsorbe fuertemente en
concentraciones, ocasionando su saturacibn. Sin embargo, necesario realizar estudios fundamentales(1985)
electroqulmica del sistema. Es de notar que Warren encontraron un ordenmas
nivelesdeconcentracibn adsorcibn.
aqui, explicando dicho comportamientoen base a un modelo de
+
1
I
T
1
Conc. Fe3 CM1 .
j
I
2;:7: ::,0gI
1
1 11
j, c
11.11
O. 28500.0750 0.0375 0.01875 1.1850 0.7350
1 1II
111I I
I
I
11i
Da
I I
1I
460.00
1.101.10
1i
111t
1
0.56102.64
1 1I I
1 i
1325.0666.00 400.00
1
1
1 O0
O. 28500.0750 0.0375 46.39
1I
108.80
1,oo1.00
53.3749.27
1
Ii1
I
1.00 0.11
de
un
orden la
de reaccibn de cero puedeel
la hipbtesis de que
ibn
ferric0 se bajases
,
superficie a
para conocer et al.
la
de
reacciibn iguallos
a cero a
elevadosque
enipleados
Como se hace notar en(19)
la seccibn 11.1,la
las
ecuaciones , .*
y
(20) pueden ser
modif'icadas de acuerdo
alur&@n.d.e al' la
reaccibn: este en caso. modelo control con de siguiente forma:
expresidn correspondiente reaccibn superficial toma
l a
En
la
tabla
X
se presentan
los
valores de
1 as(37))
constantes cineticas (obtenidas ecuacibn de lacorrespondientes a un orden. de reaccibn de corridas experimentales donde en pseudo-estado estacionario es valida. la aero, para hipbtesis de
las
El modelo en regimen transitorio resultaque los tradicionalmente empleados, consideran que
mas
realista
pseudo-estado estacionario para la difusibn de los reactivos
yde
productos fluidos,
y
mas general que
el modelo propuesto
por Taylor et al.
(1983,, que no toma en cuenta la variacibn
la
concentracibn
del
agente oxidantees
en la solucibn yPor
consideraque parte, el
la reaccibn
de primer orden.
otra la
modelo aqul propuesto puede emplearse enya que toma
simulacibn de reactores industriales, la variacibn de
en
cuenta la a! las
la concentracibn de agent'e oxidante ende
faseflufda
y densidades
suspensibnswnejantes
empleadas en la practica industrial.
"-
"".."--_.".^L".
,.
I,
I
-73-
T c "CI
II
PH$3
NaC 1
CM7
k x lo9 Cgmol/cmz - S I
a).- Variacibn d e Temperatura.
o. oo. o
o. 1 2O . 88
o. Ob).-
5.29
Variacibn d e Tamaiio d e Particula.
o. o o. o o. o
t
I
5.29 8.95 13.35
I I
I II
c). - Variacibn d e pH. 80
1
80
1i II
80
I i I1
I
62 62
I
I
62
1 1 !1 i
1.0
o. o
5.29,21.36
0.30.1I
o. o
!t
o. o
c > . - Variacibn d e C o n c e n t r a c i b n d e C l o r u r o d e S o d i o .
I
18.56
-li
ao8080
I
I
62 62 62
1.0
0-0
i
5.2910.85
1iI
I !I
1.01.0
j 13
.45 -90
1
i
1
10.28
1I
.
I
.'.'
.. .,
. ' e
.. ._ .
.
I
I
Fig 21.- Efecto d e la Conckntracih de Agente Oxidante Sobre la Tasa de Extraccibn a 30 C"C1. Corparacibn de los Datos Experimentales con la Simulacibn del Proceso, de Acuerdo al Modelo de Nbcleo Decrecienteen Regimen Transitorio+
j
i
I
Fig 22.- Efecto d e ia Concentracibn de Cloruro de Sodio Sobre la Tasa de Extraccibn a 80 C " C 1 . Comparacibn de l o s Datos Experimentales con la Simulacibn del Proceso. de Acuerdo ;al Modelo de NClcleo Decreciente en Regimen Transitorio.
. .CapItulo
.. _.. .I " .
. .
v
CONCLUSIONESEn el presentetrabajosedetermina lixiviacibn de oxidante. Conen base desarrollado encuentra que qulmicaen todas las la por el Yagi modelo decreciente nacleo dey
la
cinetica de
cinc utilizando cloruro ferric0 como agente
Kunii (Levenspiel,por
1972), la
se
el proceso esta controlado superficie del
reacci8n
ndcleo no reaccionadopara
condiciones experimentales estudiadas, con del orden el Ccmlsl; de para la nivel de de7.6
constantes cineticas agente oxidante se
utilizacibn de este modelo,
eoncentracibn de veces el nivel
mantuvo dentro del rango adecuado (0.095 un El exceso tipo de control observado se confirma
[MI,con:
que representa
estequiom@trico).
1.-
Laobtencibn
deunaenergla
de
activacibn
para
el
proceso de 62.83 CKJ/gmoll (15.018 CKcal/gmoll).2.- Los valores de
as pendientes de as
rectas presehtadas al analizar
en la figura (17), rectas que se obtiehen graficamente las ecuaciones ( 1 )3.y
(2).
La dependencia
linealdel
radiodepartlcula
(figura
.
1 9 ) con respecto a la constante cineticla aparente,
K , de
acuerdo a la ecuacibn ( 2 0 ) .A
partir
del
modelo de nbcleo decrqciente en regimen un orden d e la reacc'bn de simjlacibn
transitorio, se obtiene experimentales y
respecto al agente oxidante. La concordanc'a entre lo4 datos los resultados de e s : alta;
i
ceno con
-70-
obtenido
a
partir
del
modelode
nttcleo decreciente'con.Las
hipbtesis pseudo-estado de estacionario. cineticascorrespondientes fueron del o r d edC m o l / s - c m ~ l ne a una
constantes
reaccidll
deordencero
El efecto tiene que sobre
el proceso
la
variacibn de
I
los diferentes parhmetros estudiados puede resumirse como:
1.- La temperatura de operacibn tienesobre el proceso; la mayor extraccibn horas de reaccibn) se obtiene en 80 C"C3.
un marcado efecto(90.14% en 6 al mantener la temperatura
2.- El
tamaflo
de
la el
partlculaun esparimetro
poco
importante en
proceso; a pesar de ello, se observa
una mejor extraccibn para las partlculas mis pequefilas. 3.- El
incrementoen la
el
niveldeconcentracibndeiones por dimsminucibn del pH
cloruro en
solucibn, ya sea
con acido clorhidrico o por adicibn de clloruro de sodio al medio, aumenta en gran medida.
la extriaccibn. Mediante el tiempo de
la
disminucibn
del
pH
se disminuy'e a
conversibn total de
6
3 C h r l , y aon la adicibn de
cloruro de sodio kste tiempo se disminuye 80NsC1
a 4.5se
Chrl
a
["CI;y
la
concentracibn total de
itrn cloruro es muy cuarhdo adiciona
similar en ambos casos
(1.185
[MI
1.165 C M 1 cuando se disminuye el pH con HC11.
4.- Respecto
a
la
concentracibn de agente oxidante, la extraccibn respecto al
a 80 aumento
[C 'I
el
incremento en
en la concentracibn es muy marcado para niveles bajos de esteparametro,debido al incremento en
concentracibn de cloro que lo acompafia; Qsto no ocbrre a concentraciones altas, donde la extbaccibnes
I
el
nivgl de
muy
similar para un nivel de concentracidn estequiombtricamente requeridoC"C1
del doble de,,
loI
. . .I
(65.16%) que para. &bando loscasos
se utiliza agente oxidante en gran exceso (90.14%). A 3'0
la extraccibnes
muy
pobreentodos
(menor al 5%), y
la conversibn no se v e afectada con los
aumentos en la concentracibn de agente oxidante.
CapItulo V I SIHBOLOGIA
.
Coeficiente estequiomktrico.
l. Concentracibn de agente oxidante, Cgmol/cm3Concentracibn inicial de agente oxidante. Concentracibn de agenYe oxidante requerida para agotar totalmente el mineral.'
c .
Il
Concentracibn
adimensional ,de agente oxidante,
definida en la ecuacibn ( 2 6 ) . Da Nfhnero de DamkBhler, definido en la ecuacibn ( 3 5 ) . Difusividad efectiva, CcmZ/sl. DiBmetro de partlcula, Cpml b Ccml. Energla de activacibn, CKJ/gmoll. Constante cinetica aparente,3. Cmin-2
D .
dP E AK
k
Constante cingtica, Ccm/sl para primer orden, Cgmol /s -cm21 para orden cero. Peso molecular de cinc, Cg/gmol3. Valencia activa del agente oxidante. Orden de reaccibn. Radio, Ecml. Radio de la particula, Ccml. Radio del nhcleo no reaccionado, Ccml. Proporcibn salido-llquido en el reactor, C g / L I . Tiempo, Csl. Tfempo de muest.reo en el reactor, Cmin3. Volumen de part.lcula, [cm3 1. Conversibn fraccional de cinc. Conversibn fraccional de cinc obtenida de la simulacibn.I
GR I EGOS. .. . . ,
R. 7
Factor de agotamiento de agente oxidante en la solucibn, definido en la ecuacidn ( 2 3 ) . Proporcibn de concentracidn del reactivo fluIUo al reactivo sblido. definido en la ecwacidn ( 3 6 ) . Porosidad 'de la partlcula mineral. Porosidad inicial de la partlcula mineral. Densidad molar de cinc en el mineral, Cgmol/cn31. Densidad del mineral. Cg/cm3 1. Radio adimensional, definido. en ecuacibn ( 2 4 ) . la Tiempo adimensional, definido en la ecuacibn (25). Posicibn adimensional del nficleo decreciente, definida en la ecuacibn (27).
E
E"P BP.
1,2
Y
.. .
. ~ ..
.
.
. .82Capltulo
VI I
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DIAGRAHA DE FLUJO PARA LA RESOLUCION DE LAS ECUAC..~I'ONES DELMODELO EN REGIMEN TRANSITORIO
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Resolucibn del Sistema de Ecupciones del f Modelo en Regimen Transitorio (Ec. 29-34) Por Colocacibn Ortogonal para Conversiones Diferentes a Tiempos Adimensionales.
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