Ejemplos de Procesos de Separacin en Metalurgia

SEPARACIN Y DESTRUCCIN DEL CIANURO EN EFLUENTES DE PROCESOS DE CIANURACINSolucin de cianuracin: [NaOH]= 2 %p/p y [NaCN]= 15-25%p/p

Soluciones de descarte de plantas de lixiviacin de minerales de oro y plata: pH alcalino; especies: H2O, CN-, Ca(CN)2, Zn(CN)2, Cu(CN)2, Au(CN)2-, Ag(CN)2-, Fe(CN)63-(ferricianuro), Fe(CN)64-(ferrocianuro), SCN- (tiocianuro).

Especiacin del cianuro en soluciones acuosas a 25C (Van Zyl et al., 1988).

1

Diagrama de Eh vs. pH a 25C para el sistema H2O-CN.

Procesos1) Oxidacin con Aire y SO2 (Proceso INCO) a) Oxidacin : NaCN(ac) + SO2(ac) + O2(ac) + H2O(L) ---> NaCNO(ac) + H2SO4(ac)Me(CN)42- + 4SO2(ac) + 4O2(ac) + 4H2O(L) ----> 4CNO-(cianato) + 4H2SO4 + Me2+

Donde: Me = Au, Ag, Zn, Cu, Fe, Ni, Cd, etc. NaCNO(ac) + H2O + H2SO4 ----> CO2 + NH3 + NaHSO4(ac) b) c) Neutralizacin: H2SO4 + Ca(OH)2 ----> CaSO42H2O(yeso) Precipitacin: Me2+ + Ca(OH)2 ----> Me(OH)2(s) + Ca2+ 2Me2+ + Fe(CN)64- ----> Me2Fe(CN)6(s) [SO2] (g) = 5%

Razn SO2/CN = 2.46 kg/kg; Alimentacin : [CN] = 250-400 ppm. Efluente : [CN] = 0.2-5 ppm.

2

2)

Clorinacin AlcalinaCN- + ClO- + H2O -----> CNCl + 2OH- -----> CNO- + Cl- + H2O 2CNO- + 3ClO- + 2H+ -----> 2CO2 + H2O + 3Cl- + N2

2NaCN + 2Cl2 + 2Ca(OH)2 ---(pH = 11)---> 2NaCl + CaCl2 + Ca(CNO)2 + 2H2O 2NaCN + 5Cl2 + 4Ca(OH)2 -----> 2NaCl + 2CO2 + N2 + 4H2O + 4CaCl2

3)

Acidificacin/NeutralizacinCN- + H+ --- (pH = 5.5)---> HCN NaCN + H2O -----> HCN + OH-) HCN(ac) HCN(g)

Acidificacin : (Hidrlisis

Desorcin con aire en columna rellena:

Neutralizacin con cal de la solucin sin cianuro para precipitar los metales Regeneracin : HCN(g) + NaOH(ac) -----> NaCN(ac) + H2O

Solucin Efluente: [CN] = 0.1-25 ppm, libre de: metales, ferrocianuro y tiocianato

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Proceso de Destruccin de Cianuno en 2 etapas (GLI International)

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REMOCIN DE SO2 DESDE EFLUENTES GASEOSOS Origen del SO2 : - Combustin de carbn, petrleo, con alto azufre ([S]= 1-3%) S(s) + O2(g) -----> SO2(g) Fusin de minerales sulfurados (FeS2, CuFeS2, ZnS, NiS, FeS) MeS(s) + 0.5O2(g) ---(Q)---> MO(s) + SO2(g) - Gases de fundicin, refineras, gas natural, sntesis qumica. S + 2H2SO4 ---(T > 150 C)---> 3SO2 + 2H2O Produccin: 1 ton de cobre/2.5-4 ton de cido sulfrico. Termoelctrica (1000 MW) ===> 600 ton de cido/da Calderas: 1-3 g de SO2/ MBtu generada. Norma: [SO2] = 80-365 g/m3 (0.03-0.14 ppm).

[SO 2 ] e n e l ga s e flu e n te < 4% (ga s d e h o rn o re b e rb e ro ga s e flu e n te p la n ta d e c id o ga s e flu e n te d e c a ld e ra s) 4 -1 0 % (ga s d e h o rn o fla sh ) 1 0 -8 0 % > 80%

P ro c e so L a v a d o y N e u tra liza c i n P ro d u c c i n d e su lfa to d e c a lc io , y e so P ro d u c c i n d e A c id oS O 2 + 0.5O 2 + H 2 O ---> H 2 S O 4

P ro d u c c i n d e A zu freC + S O 2 ---(1250 F )--> C O 2 + S

P ro d u c c i n d e SO 2 lq u id o

Los gases de fundicin tienen una temperatura de > 400C y se deben enfriar debido a que la absorcin con agua se realiza a 30-60C. Hay un gran costo en enfriamiento del gas.

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Proceso de Lavado de Gases con Lechada de CaCO3

1)-

Lavado y Neutralizacin con Cal Lavadores venturi-scrubber y ciclonic-scrubber pH = 8-9 para precipitar hidrxidos metlicos Absorcin del SO2 a 10-30C Eficiencia : 70-85%

Neutralizantes: caliza (CaCO3) ; cal viva (CaO) ; cal apagada (Ca(OH)2), soda castica (NaOH), sosa castica (Na2CO3), hidrxidos Mg(OH)2, KOH, xido de magnesio (MgO), magnesita (MgCO3) Productos: - [SO2] efluente < 50 mg/Nm3 - slidos (ldos) (sulfato de calcio, hidrxidos metlicos y aluminosilicatos de hierro y de calcio)

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a) Neutralizacin con caliza CaCO3 + SO2 + 0.5H2O -----> CaSO3 *0.5H2O + 2CO2 CaSO3 + 0.5O2 CaSO4 (sulfato de calcio) b) Neutralizacin con cal CaO + SO2 CaSO3 CaSO3 + 0.5O2 CaSO4 CaO + SO2 + 0.5 H2O ----> CaSO3 *0.5H2O (sulfito de calcio) c) Neutralizacin con soda castica SO2 + NaOH -----> NaHSO3 NaHSO3 + Ca(OH)2 ----> NaOH + CaSO3

d) Neutralizacin con carbonato de sodio Na2CO3 + SO2 -----> Na2SO3 + CO2 2NaHCO3 + SO2 + H2O ----> Na2SO3 + 2H2O + 2CO2 Na2SO3 + 0.5O2 -----> Na2SO4 e) Neutralizacin con hidrxido y formiato de calcio 2SO2 + Ca(OH)2 ----> Ca(HSO3)2 (bisulfito de calcio) 2SO2 + Ca(COOH)2 + 2H2O ----> Ca(HSO3)2 + 2HCOOH Ca(HSO3)2 + O2 + 2H2O ----> CaSO4*2H2O (yeso) + H2SO4 2HCOOH + Ca(OH)2 ------> Ca(COOH)2 + 2H2O 2HCl + Ca(OH)2 -----> CaCl2 (cloruro de calcio) + 2H2O

7

Proceso de Lavado de Gases con Lechada de Cal

Tratamiento de Aguas de Lavado de Gases de Fundicin

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REMOCIN DE SULFURO DE HIDRGENO DESDE EFLUENTES GASEOSOSORIGEN : Gas Natural, Gas de ciudad Petroqumica (91% de H2S, metano, etano , agua) Gases de refinera de zinc (CO2 + H2S + CH4) Procesos: 1) Reaccin a) Reduccin con xidos de hierro: Fe2O3(s) + 3H2S(g) ----> Fe2S3(s) + 3H2O 2Fe2S3(s) + 3O2(g) -----> 2Fe2O3(s) + 6S b) Proceso Hysulf: H2S --(Q)---> S + H2 Reaccin, Absorcin, Adsorcin, Membranas, etc.

c) Proceso Claus ([H2S]> 30%): H2S + 1.5O2 ----> SO2 + H2O 2H2S + SO2 ---(250-300C) ----> 3S + 2H2O d) Reduccin de iones metlicos ZnSO4(ac) + H2S(ac) ----> ZnS(s) + H2SO4(ac) e) Proceso Bio-SR (Japn) Absorcin con reaccin: H2S(ac) + Fe2(SO4)3(ac) -----> S + 2FeSO4(ac) + H2SO4(ac) Biooxidacin: 2FeSO4(ac) + 1/2O2(ac) + H2SO4(ac) --(bacterias)--> Fe2(SO4)3(ac)

9

Proceso BIO-SR de Remocin de H2S en Efluentes Gaseosos

Neutralizacin de DAR con Lechada de Cal2Ca(OH)2(ac) + H2SO4(ac) + Me2+ + (2+n)H2O--> CaSO42H2O(S) + Me(OH)2nH2O(s) + Ca2+

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Consumo de cal requerido para neutralizar una solucin de refino industrialVariable Al Mg Fe(total) Fe(II) Zn Cu Ca Cloruro total Sulfato total Acidez libre como H2SO4 Acidez total como H2SO4 pH a 25C Eh a 25C, (mV) Conductividad a 25C, (mS/cm) Concentracin (g/L) / valor 3.90 6.01 1.50 0.11 2.60 0.60 0.50 0.90 63.50 10.10 37.52 1.26 716 50.10

Disolucin Disociacin Hidrlisis Oxidacin Precipitacin Precipitacin

CaO(S) + H2O HSO4Men+ + (n+m)H2O Fe2+ + 0.25O2(ac) + H+ Fe3+

Ca2+ + 2OHH+ + SO42H2O Me(OH)nmH2O(S) + nH+ Fe3+ + 0.5H2O FeOOHnH2O(S) + 3H+ CaSO42H2O(S)

+ Neutralizacin OH + H

+ (2+n)H2O

Ca2+ + SO42- + 2H2O

Neutralizacin de una Solucin de Refino Industrial con Cal12 250

10

200

8

150

6

100

4

50

2 0 20 40 60 80 1003

120

140

0 160

Adicin de Ca(OH)2, (kg/m )

Produccin de Lodo, (kg/m )

pH a 25C

3

11

PROCESOS DE REDUCCIN DE SULFATO (Proceso SRB)1)- Sulfato metlico + Corgnico(etanol, lactato) ----(bacteria)---> Sulfuro metlico + CO2 + H2O + biomasa

2)-

4H2(ac) +H2SO4(ac) +CO2(ac) ---(bacterias)--> H2S +4H2O +biomasa

CO2 : Fuente de carbono para las bacterias H2 : Fuente de energa para las bacterias

PROCESO DE REDUCCIN DE SULFATO (prof. Leandro Herrera)

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Produccin de H2- Reaccin shift con vapor de agua C(s) + 2H2O(g) ---> H2(g) + CO2(g) - A partir de gas natural CH4(g) + 2H2O(g) ----> CO2(g) + 3H2(g) - Electrlisis del agua H2O(L) --(E)--> 0.5O2(g) + H2(g) - Deshidrogenacin de hidrocarburos y compuestos orgnicos 2R-H ---> 2R + H2

Precipitacin de Sulfuros Metlicos y Reduccin Bacteriana del SulfatoPrecipitacin de sulfuros metlicos: Reduccin bacteriana del sulfato: H2S(ac) + Men+ MeS(S) + nH+ H2SO4(ac) + 4H2(ac) ---> H2S(g) + 4H2O

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DISEO CONCEPTUAL DE UN PROCESO DE TRATAMIENTO DE SOLUCIONES METALRGICAS DE DESCARTE

Lixiviacin en Pilas

PLS

EW

SX

Descarte Refino H 2 SO 4 Solucin Intermedia

Refino

Ncleo Semilla Precipitados (Cristales)S L

Solucin cida

Composicin de la Solucin de Refino IndustrialVariable Cu H2SO4 Cloruro Na Fe(tot) Fe(II) Sulfato Mg Mn Al Ca pH Temperatura Viscosidad Densidad Unidad g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L --C cp g/cm3 Valor 0,58 14,50 40,83 19,05 14,25 8,61 178,00 20,80 1,73 10,20 0,10 0,90 25-27 5,7 1,25

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Solubilidad de los Sulfatos Metlicos en H2O-H2SO4, 25C10 9 8 7 Me %p/p 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 H2SO4 %p/pAl(III) Poly. (Al(III)) Mg(II) Poly. (Mg(II)) Cu(II) Poly. (Cu(II)) Fe (II) Poly. (Fe (II)) Fe (III) Expon. (Fe (III))

60

70

80

90

100

Resultados de Laboratorio

0%

40%

85%

15

H2SO4

estanque de cido

H2SO4 Cristalizador

cido

Cristalizador Decantador Decantador Solucin A cida a Lixiviacin

Refino Descartado

slidos a recirculacin slidos

slidos a recirculacin

slidos

Embalse

Circuito de Proceso para el Tratamiento de una Solucin de Refino Descartado, Mediante Saturacin con Acido Sulfrico

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Refino[M etales T otales], (% p 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 [H2SO4], (%p/p)

Etapa 1

Curva de Operaci Etapa 2

Curva deCurva de Pseudo-Equilibrio

Diagrama de Operacin para un Proceso de Cristalizacin de Solucin Refino en 2 Etapas

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Comparacin de Costos para Distintas Tecnologas de TratamientoSistema de Tratamiento Empresa de Tratamiento de RILes Neutralizacin con Caliza Evaporacin Solar Saturacin con Acido Sulfrico Inversin Especfica, (US$/m3) 0.1 2.7 1.0 1.8 Costo Total Especfico de Tratamiento, (US$/m3) 75 20 13 10

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Remocin de Impurezas de la Solucin de una Planta de Electrorefinacin de Cobre

Impurezas:

As, Bi, Co, Fe, Ni y Sb

El nivel de impurezas se controla descartando una parte de la solucin (sangra, purga). Se purga y purifica entre de 0.1-0.2 m3 de electrlito/ton de cobre catdico producido en el electrorefino (Biswas y Davenport, 1994). Remocin de Cobre: por electroobtencin (EO) en 2 o tres etapas Remocin de Arsnico: 1) electroobtencin en la 2 y 3 etapa ER del cobre, ctodo de sacrificio 2) Remocin por extraccin por solventes. Remocin de Antimonio: 1) electroobtencin en la 2 y 3 etapa ER del cobre, ctodo de sacrificio 2) resinas quelantes. 3) carbn activado. Remocin de Bismuto: 1) electroobtencin en la 2 y 3 etapa EO del cobre, ctodo de sacrificio 2) remocin parcial con resinas quelantes. Cristalizacin por evaporacin del agua a partir de un efluente previamente decobrizado y purificado. Los cristales impuro de sulfato de nquel y cobalto se pueden vender o purificar.

Remocin de Ni, Co, Fe:

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