Conceptos_Generales_Hidrometalurgia

Departamento de Ingeniería en Minas

Facultad de Ingeniería

Universidad de Santiago

Curso: Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

“Conceptos Generales de Hidrometalurgia de

Minerales de Cobre”

Hernán Vives NavarroNoviembre 2013

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

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

Hidrometalurgia:

Disolución del cobre presente en el mineral (Lixiviación).

Concentrar la solución rica en cobre (Extracción por Solventes).

Recuperar el cobre electrolíticamente para obtener placas metálicas de99,99% de cobre (Electro-obtención).

Etapas General del Proceso:

Conceptos Generales


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

Conceptos Generales


Minerales de Óxidos de Cobre:

Son los minerales que por acción del tiempo (presión, temperatura, aguay bacterias) han cambiado su composición original (Cu-Fe-S) a otrasformas mineralógicas mayoritariamente óxidos (Cu-O) y sulfurossecundarios (Cu-S).

Malaquita [CuCO3·Cu(OH)2], Azurita [2CuCO3·Cu(OH)2], Cuprita [Cu2O],Crisocola [CuSiO3·2H2O], Tenorita [CuO], Atacamita [Cu2Cl(OH)3],Antlerita [CuSO4·2Cu(OH)2], Brochantita [CuSO4·3Cu(OH)6].

Malaquita (57,3% Cu)

Azurita (55,1% Cu)

Brochantita (56,2% Cu)

Atacamita (59,5% Cu)

Conceptos Generales


Minerales de Sulfuros Secundarios:

Covelina (CuS)

Calcosina(Cu2S)

Covelina(66,5% Cu)

Calcosina (79,8% Cu)

Conceptos Generales


Diagrama de Proceso

Explotación Minera (Mina)

Óxido

Planificación Minera

Estéril(Botaderos)

ExploraciónGeológica

Extracción Por Solventes

ElectroObtención

LixiviaciónChancado

Cátodos(99,99% Cu)

Planta de Hidrometalurgia


Diagrama de Proceso


Diagrama de Proceso


Componentes del Sistema

Fuente: Google Earth, Minera El Tesoro


¿Datos requeridos para diseñar una Planta?

PLANTAHIDROMETALÚRGICA

Cátodos

?

?

?

?



Dureza

Tipos de minerales

Densidad

Ley

.

.Etc

PLANTAHIDROMETALÚRGICA

Cátodos



Geológica

Mineralógica

Química

Física PLANTAHIDROMETALÚRGICA

Cátodos


Algunos Datos Relevantes

Geología Mineralización Química Física Metalúrgica

Alteración

Litología

Zonación

Tipos de Minerales

Impurezas

Morfología

Asociaciones Mineralógicas

Texturas

Modo de Ocurrencia

Composición Mineralógica

Ley de Producto

Leyes Impurezas

Ley elementos solubles/insol.

Densidad

Dureza

Distribución Granulométrica

Humedad

Porosidad

Chancabilidad

Abrasividad

Recuperación Metalúrgica

Consumo de ácido

Tamaño óptimo


Caracterización y Reactividad

Cinética de Disolución con Ácido Sulfúrico

Cinética Relativa Tiempo de Referencia Especies Mineralógica

Muy rápida(a T° ambiente)

Segundos a minutos (disolución completa)

Carbonatos: Malaquita, Azurita Sulfatos: Chalcantita, Brochantita y Antlerita.Cloruro: Atacamita.

Rápida(requiere mayor acidez)

Horas (disolución completa)

Óxidos cúpricos: Tenorita.Silicatos: Crisocola, Dioptasa.

Moderada(requiere oxidante)

Días a semanas (disolución puede ser incompleta)

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

Lenta(requiere oxidante)

Semanas a meses (disolución puede ser completa)

Sulfuros Simples: Calcosina, Digenita, Djurleita, Covelina.

Muy lenta(requiere oxidante)

Años (disolución incompleta)

Sulfuros Complejos: Bornita, Calcopirita, Enargita, Tetrahedrita.

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



Mineral refractario:Mineral que resiste la acción de disolución de un agente lixiviante (p.e: ácido sulfúrico en el cobre y en la lixiviación por cianuro del oro).

Cuándo son refractarios, qué alternativas existen para el procesamiento?.R: Flotación, tostación (oro)


Textura de Oclusión:Cuando el mineral está 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 lixiviación. Se distinguen diferentes grados de oclusión yfrecuencias de ocurrencia de estas texturas:



ASOCIACIONES MINERALÓGICAS PARA LIXIVIACIÓN



MINERALOGÍA DE MUESTRA DE CABEZA

(J. Casas)



LIXIVIACIÓN DEL MINERAL

(J. Casas)



Lixiviación:

Acción conjunta de varias dinámicas: reacciones (disolución,precipitación) y transportes de solutos a través de las partículas demineral (difusión) y del lecho (pila o botadero), mediante convección.



El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia ellugar donde se formará la pila de lixiviación. En este trayecto el material essometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácidosulfúrico, conocido como proceso de curado (aglomeración).

El proceso de aglomeración consiste en la adhesión de partículas finas a lasgruesas, o de finos con finos, mediante la aportación de reactivos líquidos(agua, aglomerantes, ácido), producen aglomerados uniformes, quepermiten elevar el rendimiento extractivo del proceso posterior delixiviación (permeabilidad de la solución lixiviante).

Aglomeración


La aglomeración se realiza en un cilindro metálico revestido interiormentecon neopreno o goma antiácida provisto de levantadores para lograr unamás efectiva acción de rodado de la carga, e incluyendo en el centro lastuberías perforadas para el suministro del agua y ácido.

Las esferas se forman producto de la rotación del tambor y la adición deagua y ácido sulfúrico.

La adición de ácido al tambor, ayuda a que la etapa posterior (lixiviación)sea óptima.

Aglomeración


Tambor Aglomerador

Aglomeración


Parámetros Operacionales y de Diseño (P. Schmidt, 2001)

Aglomeración


Parámetros Típicos de Tambores Industriales

Aglomeración


Modelos empresa ERAL

Aglomeración


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

El proceso de lixiviación consiste en la disolución química de óxidos decobre, cuyo producto es una solución que contiene elementos que sedesean recuperar.

La lixiviación disuelve elementos deseados y también algunos nodeseados, dejando un residuo insoluble.

El medio de lixiviación para minerales de cobre es normalmente unasolución acuosa de ácido sulfúrico.

CuO + H2SO4 Cu2+ SO4 + H2O

Reacción Química:

Lixiviación


1. El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia ellugar donde se formará la pila (torta de materiales). En este trayecto elmaterial es sometido a una primera irrigación con una solución de agua yácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar yaen el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido.

Etapas del Proceso

Lixiviación


• En su destino, el mineral es descargadomediante un equipo esparcidor degrandes dimensiones, depositándoloordenadamente, formando unterraplén continuo: pila de lixiviación.

ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN

Lixiviación


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

• A través del sistema de riego, se viertelentamente una solución ácida de aguacon ácido sulfúrico. Esta solución seinfiltra desde la superficie hasta la basede la pila, actuando rápidamente.

ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN

Lixiviación


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

El material restante (ripio) es transportado mediante correas a botaderos dondese “podría” reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto decobre (Lixiviación Secundaria).

Bajo las pilas de material a lixiviarse instala previamente unamembrana impermeable, sobre lacual se dispone un sistema dedrenes (tuberías ranuradas) quepermiten recoger las solucionesque se infiltra a través delmaterial.

Lixiviación




Lixiviación de lechos fijo

In situ

Botaderos

Pilas

Bateas

Lixiviación de pulpas

Agitación

Autoclave

TIPOS DE LIXIVIACIÓN:

Lixiviación


Lixiviación en pilas

Solución de lixiviación

Cementación con chatarra de fierro

Extracción por solvente

Electroobtención

Electrolito

Lixiviación en cubas

Concentrados de óxidos

Flotación

Lixiviación por agitación


Lixiviación


Lixiviación In Situ.

Este tipo de técnica se refiere a la lixiviación de residuos fragmentadosdejados en minas abandonadas o a la aplicación de solucionesdirectamente a un cuerpo mineralizado.

Lixiviación en pilas.

La lixiviación en pila es una lixiviación por percolación del mineralacopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectarlas soluciones.

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


Lixiviación


Lixiviación en Botaderos.

Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, losque, debido a sus bajas leyes, no pueden ser tratados por métodosconvencionales. Este material es depositado sobre superficiesimpermeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad.Normalmente son de grandes dimensiones, requiere poca inversión y eseconómico de operar, pero la recuperación es baja (40-60% Cu) y necesitatiempos largos para extraer todo el metal.

Lixiviación por Agitación.

La lixiviación por agitación es una lixiviación rápida de partículas finas(normalmente 90% - 75 m) en soluciones concentradas de ácido. Lalixiviación por agitación toma de 2 a 5 h.

Lixiviación


• Diseño de la etapa de Lixiviación

– Según piso• Renovable, Permanente, Modular

– Según Operación• Dinámica, unitaria

Lixiviación


Parámetros Operacionales y de Diseño en Lixiviación en Pilas (P. Schmidt, 2001)

Lixiviación


Lixiviación

Lixiviación Primaria y Secundaria – Radomiro Tomic


El objetivo general es capturarselectivamente los iones Cu++desde una solución de bajaconcentración impura y liberarlosen una solución de alta acidez,obteniéndose una solución de mayorconcentración de cobre con menoresimpurezas (electrolito).

El proceso SX es altamente selectivo.La solución acuosa es puesta encontacto con un orgánico capaz deextraer desde ella el cobre quecontiene.

En un paso siguiente el cobre es reextraído desde el orgánico, obteniéndose unasolución de sulfato de cobre de alta pureza

Extracción por Solventes


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

De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otrouna solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que sereutiliza en el proceso de lixiviación y se recupera en las soluciones que seobtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con unasolución rica en ácido, lo que provoca la descarga del cobre desde la resinahacia el electrolito (solución) mejorando la concentración del cobre en estasolución hasta llegar a valores entre 45 y 50 gpl.

Esta es la solución (electrolito) que se lleva a la planta de electro-obtención.

Etapas del Proceso



Orgánico descargado

Refinado a etapa de Lixiviación

Orgánico cargado

Solución de Lixiviación

AcOr

Mezclador -decantador

PROCESO DE EXTRACCIÓN



Orgánico cargado

Electrolito de alta concentración de cobre a

Electroobtención

Orgánico descargado

Electrolito de baja concentración de cobre

AcOr

Mezclador -decantador

PROCESO DE REEXTRACCIÓN



El proceso de extracción por solventes se representa mediante una reacciónquímica reversible en la que se intercambian especies disueltas (iones) desdeuna fase liquida a otra, inmiscibles, según la ecuación:

(Cu++ )acuosa + 2 (HR)orgánico <=> (CuR2)orgánico + 2 (H+)acuoso

Donde:

(Cu++)acuosa: concentración del ion cobre disuelto en la fase acuosa (fase líquidacuya base es el agua).(HR)orgánico: concentración del extractante en la fase orgánica.(CuR2)orgánico: concentración de cobre disuelto en la fase orgánica (solvente +extractante) y que ha sido atrapado por el extractante.(H+)acuoso: concentración de ácido (ácido libre) en la fase acuosa.

Reacción Química Reversible (extracción-reextracción)




Planta SX de Chuquicamata


Parámetros Operacionales y de Diseño de una Planta de SX (P. Schmidt, 2001)



La solución de sulfato de cobre es llevada a las celdas de electro-obtención(estanques rectangulares), que tienen dispuestas en su interior y sumergidasen solución, unas placas metálicas que corresponden a 60 pares de electrodos(ánodo + y cátodo -) conectadas en un circuito por donde pasa corrientecontinua desde el (+) al (-).

El cobre en solución (Cu+2) es atraído hacia el polo negativo, pegándosepartícula por partícula en forma metálica sobre la superficie del cátodo deacero.

Proceso

Cu+2Cu+2

ANODO Pb ANODO PbCATODO

Cu° Cu°Electrolito

Cu+2

H2SO4

H2O

O2 gas

O2 gasElectrolito de alta concentración de

cobre

Electrolito de baja concentración de cobre

+

-

+

Electroobtención


El objetivo es producir cobrede 99,99 % de pureza, apartir del electrolito desulfato de cobre provenientede la etapa SX.

consiste en depositar elcobre disuelto en la soluciónacuosa de sulfato de cobre(electrolito) sobre cátodos,mediante la aplicación deenergía eléctrica.

Electroobtención


El proceso dura 7 días y se produce la “cosecha” de cátodos de cobre.

Se llaman “cátodos” porque se forman sobre la superficie de la placa deacero que actúa de polo negativo o cátodo en la celda electrolítica.

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

Producto:

Electroobtención


Electroobtención




Electroobtención


Electroobtención

Composición Cátodo Grado A

(High Grade)(Fuente: LME - BS EN

1978:1998 Copper Cathodes)

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“Conceptos Generales de Hidrometalurgia de

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Hernán Vives NavarroNoviembre 2013

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