1Conceptos Generales Hidrometalurgia

8/11/2019 1Conceptos Generales Hidrometalurgia

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Departamento deIngeniera enMinas

Facultad de Ingeniera

Universidad de Santiago

Curso: Evaluacin de Procesos Mineralrgicos

Conceptos Generales de

Hidrometalurgia deMinerales de Cobre

Hernn Vives NavarroNoviembre 2013


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Evaluacin de Procesos Mineralrgicos

Corresponde a la tecnologa usada para extraer o recuperar loscomponentes valiosos desde materiales primarios y secundarios (xidos ysulfuros secundarios) mediante reacciones, a temperatura relativamentebaja y en una fase acuosa.

Hidrometalurgia:

Disolucin del cobre presente en el mineral (Lixiviacin).

Concentrar la solucin rica en cobre (Extraccin por Solventes).

Recuperar el cobre electrolticamente para obtener placas metlicas de99,99% de cobre (Electro-obtencin).

Etapas General del Proceso:

Conceptos Generales


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Qu minerales son sometidos al proceso de hidrometalurgia?R: OXIDOS Y SULFUROS SECUNDARIOS

Conceptos Generales


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Minerales de xidos de Cobre:

Son los minerales que por accin del tiempo (presin, temperatura, aguay bacterias) han cambiado su composicin original (Cu-Fe-S) a otrasformas mineralgicas mayoritariamente xidos (Cu-O) y sulfurossecundarios (Cu-S).

Malaquita [CuCO3Cu(OH)2], Azurita [2CuCO3Cu(OH)2], Cuprita [Cu2O],Crisocola [CuSiO32H2O], Tenorita [CuO], Atacamita [Cu2Cl(OH)3],Antlerita[CuSO42Cu(OH)2], Brochantita[CuSO43Cu(OH)6].

Malaquita(57,3% Cu)

Azurita(55,1% Cu)

Brochantita(56,2% Cu)

Atacamita(59,5% Cu)

Conceptos Generales


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Minerales de Sulfuros Secundarios:

Covelina (CuS)

Calcosina(Cu2S)

Covelina(66,5% Cu)

Calcosina(79,8% Cu)

Conceptos Generales


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Diagrama de Proceso

Explotacin Minera(Mina)

xido

Planificacin Minera

Estril(Botaderos)

ExploracinGeolgica

ExtraccinPor Solventes

ElectroObtencin

LixiviacinChancado

Ctodos(99,99% Cu)

Planta de Hidrometalurgia


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Diagrama de Proceso



Diagrama de Proceso



Componentes del Sistema

Fuente: Google Earth, Minera El Tesoro



Datos requeridos para disear una Planta?

PLANTA

HIDROMETALRGICA

Ctodos

?

?

?

?




Dureza

Tipos de minerales

Densidad

Ley

.

.Etc

PLANTA

HIDROMETALRGICA

Ctodos




Geolgica

Mineralgica

Qumica

Fsica PLANTA

HIDROMETALRGICA

Ctodos



Algunos Datos Relevantes

Geologa Mineralizacin Qumica Fsica Metalrgica

Alteracin

Litologa

Zonacin

Tipos deMinerales

Impurezas

Morfologa

AsociacionesMineralgicas

Texturas

Modo de

Ocurrencia

ComposicinMineralgica

Ley deProducto

LeyesImpurezas

Ley elementossolubles/insol.

Densidad

Dureza

DistribucinGranulomtrica

Humedad

Porosidad

Chancabilidad

Abrasividad

RecuperacinMetalrgica

Consumo decido

Tamao ptimo



Caracterizacin y Reactividad

Cintica de Disolucin con cido Sulfrico

Cintica Relativa Tiempo de Referencia Especies Mineralgica

Muy rpida(a T ambiente)

Segundos a minutos(disolucin completa)

Carbonatos: Malaquita, AzuritaSulfatos:Chalcantita, Brochantita y Antlerita.Cloruro: Atacamita.

Rpida

(requiere mayor acidez)

Horas (disolucin

completa)

xidos cpricos: Tenorita.

Silicatos: Crisocola, Dioptasa.Moderada(requiere oxidante)

Das a semanas(disolucin puede serincompleta)

Cobre Nativo, xidos Cuprosos: Cuprita, Delafosita.Algunos silicatos y xidos complejos con Mn:Neotocita, Copper Wad, Copper Pitch

Lenta(requiere oxidante)

Semanas a meses(disolucin puede ser

completa)

Sulfuros Simples: Calcosina, Digenita, Djurleita,Covelina.

Muy lenta(requiere oxidante)

Aos (disolucinincompleta)

Sulfuros Complejos: Bornita, Calcopirita, Enargita,Tetrahedrita.

Fuente: Domic, E. Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y Aplicaciones


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Mineral refractario:Mineral que resiste la accin de disolucin de un agente lixiviante (p.e: cidosulfrico en el cobre y en la lixiviacin por cianuro del oro).

Cundo son refractarios, qu alternativas existen para el procesamiento?.

R: Flotacin, tostacin (oro)


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Textura de Oclusin:

Cuando el mineral est ocluido queda rodeado por ganga. Esto significa queno es atacada por las soluciones lixiviantes o bien lo es en un grado, que noasegura su completa lixiviacin. Se distinguen diferentes grados de oclusin yfrecuencias de ocurrencia de estas texturas:



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ASOCIACIONES MINERALGICAS PARA LIXIVIACIN



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MINERALOGA DE MUESTRA DE CABEZA

(J. Casas)



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LIXIVIACIN DEL MINERAL

(J. Casas)



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Lixiviacin:Accin conjunta de varias dinmicas: reacciones (disolucin,precipitacin) y transportes de solutos a travs de las partculas demineral (difusin) y del lecho (pila o botadero), mediante conveccin.



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El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el

lugar donde se formar la pila de lixiviacin. En este trayecto el material essometido a una primera irrigacin con una solucin de agua y cidosulfrico, conocido como proceso de curado(aglomeracin).

El proceso de aglomeracin consiste en la adhesin de partculas finas a lasgruesas, o de finos con finos, mediante la aportacin de reactivos lquidos(agua, aglomerantes, cido), producen aglomerados uniformes, que

permiten elevar el rendimiento extractivo del proceso posterior delixiviacin (permeabilidad de la solucin lixiviante).

Aglomeracin


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La aglomeracin se realiza en un cilindro metlicorevestido interiormentecon neopreno o goma anticida provisto de levantadores para lograr unams efectiva accin de rodado de la carga, e incluyendo en el centro lastuberas perforadas para el suministro del agua y cido.

Las esferas se forman producto de la rotacin del tambor y la adicin deagua y cido sulfrico.

La adicin de cido al tambor, ayuda a que la etapa posterior (lixiviacin)sea ptima.

Aglomeracin


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Tambor Aglomerador

Aglomeracin


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Parmetros Operacionales y de Diseo (P. Schmidt, 2001)

Aglomeracin


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Parmetros Tpicos de Tambores Industriales

Aglomeracin


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Modelos empresa ERAL

Aglomeracin


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El proceso de lixiviacin se aplica principalmente a minerales de cobreoxidados y sulfuros de baja ley.

El proceso de lixiviacin consiste en la disolucin qumica de xidos decobre, cuyo producto es una solucin que contiene elementos que sedesean recuperar.

La lixiviacin disuelve elementos deseados y tambin algunos nodeseados, dejando un residuo insoluble.

El medio de lixiviacin para minerales de cobre es normalmente unasolucin acuosa de cido sulfrico.

CuO + H2SO4 Cu2+ SO4 + H2O

Reaccin Qumica:

Lixiviacin


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1. El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia ellugar donde se formar la pila (torta de materiales). En este trayecto elmaterial es sometido a una primera irrigacin con una solucin de agua ycido sulfrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar yaen el camino el proceso de sulfatacin del cobre contenido.

Etapas del Proceso

Lixiviacin


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En su destino, el mineral es descargadomediante un equipo esparcidor degrandes dimensiones, depositndoloordenadamente, formando unterrapln continuo: pila de lixiviacin.

ETAPAS DEL PROCESO DELIXIVIACIN

Lixiviacin


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Sobre esta pila se instala un sistema deriego (goteo o aspersores) que vancubriendo toda el rea expuesta.

A travs del sistema de riego, se viertelentamente una solucin cida de agua

con cido sulfrico. Esta solucin seinfiltra desde la superficie hasta la basede la pila, actuando rpidamente.

ETAPAS DEL PROCESO DELIXIVIACIN

Lixiviacin


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El riego de las pilas se mantiene por 45 a 65 das, recuperando, en algunos casos,el 80% del cobre contenido en el mineral.

El material restante (ripio) es transportado mediante correas a botaderos dondese podrareiniciar un segundo proceso de lixiviacin para extraer el resto decobre (Lixiviacin Secundaria).

Bajo las pilas de material a lixiviarse instala previamente unamembrana impermeable,sobre lacual se dispone un sistema dedrenes (tuberas ranuradas) que

permiten recoger las solucionesque se infiltra a travs delmaterial.

Lixiviacin


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Lixiviacin de lechos fijo

In situ

Botaderos

Pilas

Bateas

Lixiviacin de pulpas

Agitacin

Autoclave

TIPOS DE LIXIVIACIN:

Lixiviacin


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Lixiviacin en pilas

Solucin de lixiviacin

Cementacin conchatarra de fierro

Extraccin por solvente

Electroobtencin

Electrolito

Lixiviacin en cubas

Concentrados de xidos

Flotacin

Lixiviacin por agitacin


Lixiviacin


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Lixiviacin In Situ.

Este tipo de tcnica se refiere a la lixiviacin de residuos fragmentadosdejados en minas abandonadas o a la aplicacin de solucionesdirectamente a un cuerpo mineralizado.

Lixiviacin en pilas.

La lixiviacin en pila es una lixiviacin por percolacin del mineralacopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectar

las soluciones.

Se diferencia de la lixiviacin en botaderos en que se emplea mineralextrado de la mina o procesado previamente, en vez de materiales desobrecarga.


Lixiviacin


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Lixiviacin en Botaderos.Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, losque, debido a sus bajas leyes, no pueden ser tratados por mtodosconvencionales. Este material es depositado sobre superficiesimpermeables y las soluciones percolan a travs del lecho por gravedad.Normalmente son de grandes dimensiones, requiere poca inversin y es

econmico de operar, pero la recuperacin es baja (40-60% Cu) y necesitatiempos largos para extraer todo el metal.

Lixiviacin por Agitacin.

La lixiviacin por agitacin es una lixiviacin rpida de partculas finas(normalmente 90% - 75 m) en soluciones concentradas de cido. Lalixiviacin por agitacin toma de 2 a 5 h.

Lixiviacin


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Diseo de la etapa de Lixiviacin

Segn piso Renovable, Permanente, Modular

Segn Operacin Dinmica, unitaria

Lixiviacin


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Lixiviacin

Lixiviacin Primaria y Secundaria Radomiro Tomic

i l


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El objetivo general es capturar

selectivamente los iones Cu++desde una solucin de bajaconcentracin impura y liberarlosen una solucin de alta acidez,obtenindose una solucin de mayor

concentracin de cobre con menoresimpurezas (electrolito).

El proceso SX es altamente selectivo.La solucin acuosa es puesta encontacto con un orgnico capaz de

extraer desde ella el cobre quecontiene.

En un paso siguiente el cobre es reextrado desde el orgnico, obtenindose unasolucin de sulfato de cobre de alta pureza

Extraccin por Solventes

i S l


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Para extraer el cobre de la solucin PLS, sta se mezcla con una solucin deparafina y resina orgnica. La resina de esta solucin captura los iones decobre (Cu++) en forma selectiva.

De esta reaccin se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro

una solucin empobrecida en cobre que se denomina refino, la que sereutiliza en el proceso de lixiviacin y se recupera en las soluciones que seobtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con unasolucin rica en cido, lo que provoca la descarga del cobre desde la resina

hacia el electrolito (solucin) mejorando la concentracin del cobre en estasolucin hasta llegar a valores entre 45 y 50 gpl.

Esta es la solucin (electrolito) que se lleva a la planta de electro-obtencin.

Etapas del Proceso


E i S l


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Orgnico

descargado

Refinado a etapa deLixiviacin

Orgnico cargado

Solucin de Lixiviacin

AcOr

Mezclador -decantador

PROCESO DE EXTRACCIN


E i S l


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Orgnico cargado

Electrolito de altaconcentracin de cobre a

Electroobtencin

Orgnicodescargado

Electrolito de bajaconcentracin de cobre

AcOr

Mezclador -decantador

PROCESO DE REEXTRACCIN


E i S l


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El proceso de extraccin por solventes se representa mediante una reaccinqumica reversible en la que se intercambian especies disueltas (iones) desdeuna fase liquida a otra, inmiscibles, segn la ecuacin:

(Cu++ )acuosa+ 2 (HR)orgnico (CuR2)orgnico+ 2 (H+)acuoso

Donde:

(Cu++)acuosa: concentracin del ion cobre disuelto en la fase acuosa (fase lquida

cuya base es el agua).(HR)orgnico: concentracin del extractante en la fase orgnica.(CuR2)orgnico: concentracin de cobre disuelto en la fase orgnica (solvente +extractante) y que ha sido atrapado por el extractante.(H+)acuoso: concentracin de cido (cido libre) en la fase acuosa.

Reaccin Qumica Reversible (extraccin-reextraccin)


E t i S l t


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Planta SX de Chuquicamata

E t i S l t


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Parmetros Operacionales y de Diseo de una Planta de SX(P. Schmidt, 2001)



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El t bt i


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El objetivo es producir cobre

de 99,99 % de pureza, apartir del electrolito desulfato de cobre provenientede la etapa SX.

consiste en depositar elcobre disuelto en la solucinacuosa de sulfato de cobre(electrolito) sobre ctodos,mediante la aplicacin deenerga elctrica.

Electroobtencin

El t bt i


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El proceso dura 7 das y se produce lacosechade ctodos de cobre.

Se llaman ctodosporque se forman sobre la superficie de la placa deacero que acta de polo negativo o ctodo en la celda electroltica.

Los ctodos de cobre son testeados por muestreo para comprobar sucontenido de cobre, que debe ser de 99,99%, y mnimas impurezas (menosde 0,01%, principalmente azufre).

Producto:

Electroobtencin

El t bt i


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Electroobtencin


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Electroobtencin


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Electroobtencin


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Conceptos Generales de

Hidrometalurgia deMinerales de Cobre

Hernn Vives NavarroAbril 2013

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