LIX - SX - EW en Power Point

HIDROMETALURGIA

LIXIVIACIÓN

HIDROMETALURGIA

• INTRODUCCIÓN• Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva

(disolución) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agentes de disolución.

• La hidrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis, donde los procesos electroquímicos son precedidos por los procesos hidrometalúrgicos.

• Los procesos hidrometalúrgicos se dividen en tres etapas : a) disolución del componente deseado presente en la fase sólida; b) concentración y/o purificación de la solución obtenida; c) precipitación del metal deseado o sus compuestos.

• Los reactivos químicos utilizados (agentes lixiviantes) deben reunir muchas propiedades para poder usarlos, por ejemplo : no deben ser caros; deben ser fácilmente recuperables; deben ser bastante selectivos para disolver determinados compuestos.

PROCESO LIX – SX - EW

SISTEMAS DE LIXIVIACIÓN

• En general la práctica industrial de la lixiviación presenta diferentes sistemas de operación que se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y económicos en el análisis de un proyecto, algunos de los cuales son : ley de la especie de interés a recuperar; reservas de mineral; caracterización mineralógica y geológica; comportamiento metalúrgico; capacidad de procesamiento; costos de operación y de capital; rentabilidad económica.

• Una forma de clasificar los métodos de lixiviación sería .• A) Lixiviación de lechos fijos: • in situ, in place• en botaderos• en pilas• en bateas• B) Lixiviación de pulpas :• por agitación, a presión constante• en autoclaves

MÉTODOS DE LIXIVIACIÓN

• Lixiviación de lecho fijo (sistemas percolantes) : Las soluciones lixiviantes percolan el lecho mineral estático.

• Lixiviación de pulpas (sistemas agitados) : Las soluciones y el mineral molido son mantenidos en suspensión hasta alcanzar la disolución de los elementos de valor.


• SISTEMAS PERCOLANTES.

• Lixiviación in-situ : Consiste en hacer pasar una solución lixiviante a través de un cuerpo mineralizado, sea este de un yacimiento que ha sido explotado anteriormente o bien el de un yacimiento fresco (in place). Los costos de estos procesos, al no extraer el mineral del yacimiento, son bajos permitiendo explotar yacimientos con leyes marginales.

• Lixiviación en botaderos : No se contemplan costos de extracción. Corresponden a minerales con leyes marginales y su explotación es posible siempre y cuando sean excluidas etapas de transporte y chancado en planta, y por tanto son lixiviados tal como se encuentran.


• Lixiviación en pila : Se aplica a minerales con leyes suficiente que permita absorber el costo de la extracción de la mina, el transporte a la planta más algunas etapas de chancado y el costo operacional de la lixiviación percolante. Además se debe considerar el costo financiero de la construcción de la planta, por cuanto las inversiones son significativas.

• Lixiviación en bateas : Corresponde a una lixiviación en pilas confinada en una batea, esto permite inundar el mineral y recircular las soluciones hasta alcanzar las concentraciones deseadas.


• SISTEMAS AGITADOS.• Se caracterizan por una disminución del tamaño de las partículas,

mediante molienda, mejoramiento de la cinética y la recuperación de las especies útiles a lixiviar. En este caso aumentan los costos.

• Lixiviación por agitación : Se puede realizar en agitadores mecánicos (impeler), en sistema air lift (pachuca), y los mixtos (agitadores tipo Dorr).

• Lixiviación a presión y a temperatura elevada : Se realiza en autoclaves. Las ventajas : Si la temperatura aumenta mejora la cinética y la termodinámica del proceso. Si la presión aumenta hay un aumento de la solubilidad de los reactivos gaseosos en la solución lixiviante. Las desventajas : Aumenta la inversión y el costo operacional

Tabla. Resumen de Diferentes Técnicas de Lixiviación de Minerales

Rangos de Aplicación y Resultados

Métodos de Lixiviación

En Botaderos En Pilas Percolación Agitación

Ley del mineral Baja ley Baja-media Media-alta Alta ley

Tonelaje Grande Grande a mediano

Amplio rango Amplio rango

Inversión Mínima Media Media a alta Alta

Granulometría Corrido de mina

Chancado en tres etapas

Chancado medio

Molienda húmeda

Recuperaciones típicas 40 a 50 % 80 a 85% 70 a 80% 80 a 90 %

Tiempo de tratamiento Varios años Varias semanas

Varios días Horas

Calidad de soluciones Diluidas (1-2 gpl Cu)

Diluidas (3-6 gpl Cu)

Concentradas (20-40 gpl Cu)

Medianas (5-15 gpl Cu)

Problemas principales

en su aplicación

-recuperación incompleta, -reprecipitación de Fe y Cu, -canalizaciones, -evaporación - pérdidas de soluciones - soluciones muy diluidas.

-recuperación incompleta, -requiere de grandes áreas, - canalizaciones, - reprecipita ciones, - evaporación.

- bloqueo por finos, - requiere de más inversión, - manejo de materiales, -necesidad de mayor control en la planta.

- molienda, - lavado en contracorriente, - tranque de relaves, - inversión muy alta, - control de la planta es más sofisticado.

REACTIVOS EN LIXIVIACIÓN

• REACTIVOS ÁCIDOS.• H2S04 : el ácido sulfúrico es el más utilizado dada su gran disponibilidad,

costo, su facilidad de almacenamiento y transporte, en frío y concentrado no es oxidante.

• HCl.• REACTIVOS BÁSICOS.• La lixiviación alcalina presenta ventajas sobre la lixiviación ácida dado que

es más selectiva, menos corrosiva con una gran economía en ácido cuando las gangas son carbonatadas. Los reactivos más comunes son :NaOH, CaO, NH4OH, (NH4)2CO3, los compuestos amoniacales en presencia de amoniaco es usado en lixiviación de súlfuros de Ni y Co, formando compuestos de gran estabilidad.

• REACTIVOS OXIDANTES.• Oxígeno : corresponde al más común y al más económico de los agentes

oxidantes, su problema es la poca solubilidad en agua.• AGENTES COMPLEJANTES• El cianuro, el amoniaco, los cloruros, los carbonatos, las oximas y otros

reactivos extractantes, etc.

DESARROLLO DE LA LIXIVIACIÓN EN CHILE

• Las técnicas de lixiviación utilizadas en Chile hasta la década de los setenta consistían, casi exclusivamente, en los desarrollos obtenidos al inicio del siglo 20 cuando se instalaron las grandes operaciones mineras norteamericanas de lixiviación en bateas inundadas por percolación, principalmente en Chuquicamata (1915) y en Potrerillos (1928). En ambos casos la recuperación del cobre se realizaba por electrobtención directa, produciéndose cátodos de aceptable calidad para los estándares de aquel entonces, aunque no siempre uniformes.

• En otras instalaciones de data posterior, como Mantos Blancos (1961) y Sagasca (1972), la recuperación del cobre se realizaba por precipitación con SO2 en la primera y con chatarra de fierro en la segunda.

DESARROLLO DE LA LIXIVIACIÓN EN CHILE

• También se puede encontrar durante la década 1960-70, algunos desarrollos interesantes de lixiviación por agitación seguida de lavado en contracorriente, unida a recuperación del cobre con chatarra de fierro. En este caso se cuentan las plantas de Ojancos, Carolina de Michilla, Experimental de Exótica, Vallenar y Taltal, estas dos ultimas de ENAMI.

• En este contexto surge como innovación la lixiviación en pilas, cuyo éxito se vió potenciado gracias a la masiva introducción de los materiales plásticos, que permitieron solucionar en forma elegante y económica los problemas de impermeabilización antes enfrentados sin gran éxito con asfaltos y breas, como fue el caso de Cerro verde, en Perú, en 1974.

LIXIVIACION EN PILAS

• La introducción de esta tecnología en Chile se produjo al desarrollarse el proyecto de la mina Lo Aguirre, de la Sociedad Minera Pudahuel. En efecto, en 1975, esta compañía decide aplicar el sistema de lixiviación en capas delgadas-thin layer-conocido como Proceso T.L., que había sido recientemente patentado (1975) por la firma de Ingeniería Holmes & Narver (H&N), de California.

• Sin embargo, en ese momento no estaba correctamente entendido lo que motivó su fracaso en la forma ofrecida inicialmente por la firma americana. Por esta razón, y al resolver los problemas originales, fue Pudahuel quien obtuvo una segunda patente (1981) para este proceso, ahora modificado y mejorado, que siguió llamandose Proceso de Lixiviación T.L. y que fue implementado comercialmente en Lo Aguirre en Septiembre de 1980.

• La mayor ventaja ofrecida por la patente mejorada por Pudahuel es que no solo son ahora posibles de lixiviar los minerales oxidados de cobre, sino también se favorece la actividad bacteriana requerida para una adecuadas lixiviación de los súlfuros secundarios existentes en los minerales, del tipo calcosina, covelina y bornita.

LIXIVIACIÓN EN PILAS

• Básicamente el Proceso T.L. consiste en la combinación de dos etapas principales, con una serie de variables. Las dos etapas principales son :

• Curado : que consiste en el ataque con ácido sulfúrico, de preferencia concentrado, sobre el mineral previamente chancado fino (tipicamente 100% -3/8”) y humedecido con agua, seguido de un periodo de reposo y curado.

• Lixiviación : la lixiviación propiamente tal se realiza por aspersión o goteo de soluciones ácidas diluidas sobre el mineral previamente “curado”.

• Entre las variables aplicadas a estas etapas básicas se encuentran : la granulometría del mineral; las dosificaciones de agua y ácido sulfúrico y su secuencia en el curado; el grado de aglomeración de los finos que se logre durante el curado y consecuente aumento de porosidad y de eventual altura del lecho del mineral; el contenido y calidad de los agentes lixiviantes activos en las soluciones y su subsecuente recuperación; el ritmo de regado de las soluciones y las permeabilidades líquidas y gaseosas asociadas; la duración de los ciclos de lixiviación y otras variables de menor importancia.

LIXIVIACIÓN EN PILAS

• La forma específica en que se aplica el proceso de lixiviación T.L. varía de un mineral a otro, dependiendo de su mineralogía y de sus leyes. También debe adecuarse a la forma en que se desea recuperar los contenidos metálicos desde las soluciones : altas concentraciones 20-25 g/L Cu si se usa chatarra de fierro; concentraciones medias 10-12 g/L Cu si se desea optimizar la extracción por solventes; y concentraciones bajas de 3-6 g/L Cu si es un proceso de SX convencional.

• Típicamente, la mayor parte de las aplicaciones comerciales del proceso T.L. han elegido efectuar un chancado fino, 100% -3/8” y, después de aglomerar, se han formado pilas de entre 3 y 8 metros. Las tasas de riego varían entre 10 y 30 L/h/m2, con una duración total de la lixivación en el caso de minerales oxidados entre 15 y 45 días y, tratandose de súlfurados, entre 7 y 12 meses. En todos estos casos es posible lograr recuperaciones de cobre superiores a otros procesos de lixiviación, en el orden del 80 a 85%, alcanzando algunas veces hasta 90%.

PRE-TRATAMIENTO DEL MINERAL

• El consumo de ácido de la mena, la recuperación, la cinética de la extracción y granulometría serán directamente afectadas si se establece un curado ácido y aglomerado como pre-tratamiento del mineral.

• El curado ácido y la aglomeración tienen como objetivo lo siguiente :

• 1. Mejorar la cinética química de la pila: formación de sulfato de cobre con generación de calor.

• 2. Mejorar la percolación en el lecho: la aglomeración mediante puentes líquidos, debido a la adición de agua, forma una estructura granular, porosa, permeable, lo que hace que la solución lixiviante actúe en una forma más homogénea.

TAMBOR AGLOMERADOR

• El curado ácido y la aglomeración de finos ha dado lugar a dos patentes chilenas : Nº 30851 de Codelco-Chile que incluye el curado ácido en el sistema de transporte por correa, y la Nº 32023 de la Sociedad Minera Pudahuel donde el curado ácido y la aglomeración ocurren en un tambor rotatorio.

• El tambor rotatorio es un equipo simple que permite obtener buenos aglomerados en forma bastante eficiente. El mineral se carga en forma continua por la parte más alta del cilindro (tambor), dado que éste presenta una inclinación en el mismo sentido en que se desplazan los sólidos en su interior. Por el interior del tambor y superiormente se encuentran dos cañerías provistas de un sistema de riego para el agregado de agua y ácido a la mena y formar una mezcla en las proporciones definidas en laboratorio. Placas longitudinales revisten el interior del tambor a objeto de evitar el resbalamiento del mineral pudiendo éste ser elevado para posteriormente caer adquiriendo un movimiento rotatorio.

PROYECCIONES FUTURAS DE LA HIDROMETALURGIA EN CHILE

• Se presentan las proyecciones futuras en la hidrometalurgia en Chile señaladas por Esteban Domic en su artículo “Panoramas de Tecnologías en Lixiviación de Cobre”, publicado en la Revista Minería Chilena, Nº 206, Agosto/1998.

• 1. Intensificación del uso de la lixiviación bacterial en pilas, incluyendo minerales oxidados y mixtos sulfurados de tipo calcosítico.

• 2. Aplicación generalizada de los métodos de lixiviación en pilas, seguidos por SX y EW, en operaciones mineras pequeñas, de entre 5.000 y 15.000 ton/año de cátodos.

• 3. Se intensificarán las investigaciones y los estudios para lograr la disolución en pilas de minerales sulfurados de calcopirita.

• 4. Se harán más corrientes las aplicaciones de tratamiento de concentrados de flotación, sea para su disolución parcial o total, en reemplazo de nuevas fundiciones.

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES


• INTRODUCCIÓN

• El desarrollo de la extracción por solventes durante los últimos 30 años transformó la hidrometalurgia del cobre. Antes de la SX, la única manera de recuperar económicamente cobre desde soluciones diluídas, obtenidas en lixiviación en botaderos, era por cementación con chatarra de hierro. A fines de los años 60, la escasez de chatarra fue la principal restricción a la expansión de las operaciones existentes y al desarrollo de nuevos proyectos basados en producción de cemento de cobre, el cual tenía la desventaja de requerir de una etapa de refinación adicional.


• El uso comercial de la SX fue posible gracias al desarrollo de los reactivos LIX por General Mills (ahora Henkel), los cuales se emplean como una solución orgánica en Kerosene de alta calidad, en un rango de concentración entre 3 y 33% en volumen.

• En un comienzo los extractantes estaban restringidos a un rango limitado de concentración de cobre y de pH en las soluciones que podían tratar, pero ha tenido un significativo desarrollo y en la actualidad pueden procesar prácticamente todos los tipos de solución producidos en lixiviación.


• EL PROCESO SX

• El proceso SX cumple con tres objetivos principales : purificación de soluciones; concentración del cobre; y conversión a una matríz acuosa adecuada. Para ello involucra las siguientes etapas : EXTRACCIÓN; REEXTRACCIÓN; y LAVADO.

ETAPA DE EXTRACCIÓN

• En la etapa de extracción se contacta la solución rica con la solución orgánica en mezcladores y luego se separan las fases acuosa y orgánica en decantadores, los cuales se diseñan con suficiente tiempo de residencia. La fase acuosa o refino se retorna a lixiviación previo ajuste de concentración de ácido, si es necesario, mientras que el orgánico cargado pasa a la etapa de reextracción. Dependiendo de la concentración de cobre se pueden usar una o dos etapas de extracción.

ETAPA DE REEXTRACCIÓN

• Esta etapa es inversa a la etapa de extracción. El orgánico cargado se mezcla ahora con una solución acuosa con 165-180 gpl H2SO4 y 30-35 gpl Cu (electrolito gastado) y luego se separan ambas fases en equipos similares a los usados en la etapa de extracción. El cobre se transfiere al electrolito alcanzando una concentración de 45-55 gpl y el orgánico descargado se recircula a la etapa de extracción. En este caso se pueden usar una o dos etapas de reextracción dependiendo de la concentración de cobre de la solución de lixiviación.

ETAPA DE LAVADO

• Cuando la solución rica tiene una concentración de Cl superior a 0,5 gpl, producto del agua de mar o similar en lixiviación o del procesamiento de minerales con atacamita, es necesario agregar una o dos etapas de lavado del orgánico, antes de la reextracción, para evitar la contaminación del electrolito con Cl.

• Para llevar a cabo esta etapa, el orgánico cargado se mezcla con solución de lavado preparada con agua de bajo contenido de Cl (20 ppm), acidulada (10 - 30 gpl) y luego se separan las fases en equipos similares a los anteriores.

REACCIONES QUÍMICAS EN SX

• Las reacciones de equilibrio son las siguientes :

• Extracción

• Reextracción

aqHorgCuRorgRHaqCu 22 22

orgRHaqCuaqHorgCuR 22 22

orgRHaqCuaqHorgCuR 22 22

REACTIVOS QUÍMICOS

• KETOXIMAS

• El reactivo típico fue el LIX 64N.

• SALICIL ALDOXIMAS

• Reactivos típicos son : LIX 860 y Acroga PT-5050.

• MEZCLAS SALICIL ALDOXIMAS - KETOXIMAS

• El LIX 984 es una mezcla de LIX 860 (salicil aldoxima) y LIX 84 (ketoxima). Combina la capacidad extráctiva y cinética rápida de la salicil aldoxima con la estabilidad y propiedades físicas de las ketoximas.

EN RESUMEN, LA EXTRACCIÓN POR SOLVENTES TRANSFIERE EL COBREDESDE LA SOLUCIÓN RICA AL ELECTROLITO, POR INTERMEDIO DE LAFASE ORGÁNICA.

Figura 4.5, Esquema cíclico (Concepto de anillos) del proceso lixiviación -extracción por solventes - electroobtención de Cu.

Lixiviación Electro-obt.

E1

E2

S1

Extracción Reextracción

SR

RFOSC

SRFOC OD

ED EC

OC

DEFINICIONES IMPORTANTES EN EL PROCESO LIX-SX-EW

• SOLUCIÓN RICA (S R) : Solución proveniente de la etapa de lixiviación que alimenta la planta SX.

• REFINO (RF) : Solución diluida en cobre que sale de la planta SX.

• ORGÁNICO : Mezcla en volumen de un extractante orgánico y un diluyente (8 a 25% v/v).

• EXTRACTANTE : Es un reactivo orgánico especial que forma un complejo con el cobre en la fase orgánica. Es bastante viscoso.

• DILUYENTE : Es un solvente orgánico, del tipo parafina, que sirve para diluir el extractante orgánico y reducir su viscosidad.

• ORGÁNICO DESCARGADO (O D) : Es el orgánico con una menor concentración de cobre , que sale de la etapa de reextraccción.

DEFINICIONES IMPORTANTES EN EL PROCESO DE LX-SX-EW

• ORGÁNICO CARGADO (O C) : Es el orgánico cargado con cobre. Transfiere el cobre de la etapa de extracción a la etapa de reextracción.

• ELECTROLITO : Es la solución de sulfato de cobre de la planta de electrobtención.

• ELECTROLITO DESCARGADO (E D) : Es el electrolito que viene de la etapa de electrobtención.

• ELECTROLITO CARGADO (E C) : Es el electrolito que se carga de cobre en la etapa de reextracción.

• (O S C) : Orgánico semi-cargado.• (S R F) : Semi-refino.

ELECTROMETALURGIA

ELECTROBTENCIÓN

• DEFINICIÓN • Es un proceso de electrometalurgia mediante el

cual se recupera el cobre que se encuentra concentrado en la solución de lixiviación que pasó por una etapa de extracción por solventes, con el propósito de producir cátodos de alta calidad (99,99% Cu).

ELECTROBTENCIÓN

• OBTENCIÓN DEL COBRE : En este proceso la solución electrolítica que contiene el cobre en forma de súlfato de cobre, es llevada a las celdas de electrobtención que tienen dispuestos en su interior ánodos (+) y cátodos (-) en orden. El ánodo es el polo positivo por donde entra la corriente eléctrica, mientras que, el cátodo es el polo negativo por donde sale la corriente eléctrica. En estas celdas se aplica una corriente eléctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por el ánodo y sale por el cátodo. El cobre de la solución de sulfato de cobre es atraído por el cátodo depositándose en la superfícicie de él.

CELDA ELECTROLÍTICA

REACCIONES QUÍMICAS

• Reacción Catódica

• Reacción Anódica

• Reacción Global

0 22Cu e Cu

02 2 CueCu

eHOOH 222

1 222

HOCuOHCu 22

12

02

2

eHOOH 222

122

ELECTROBTENCIÓN

ELECTROBTENCIÓN

• COSECHA DE CÁTODOS EN RADOMIRO TOMIC

• Su propósito es recoger los cátodos los que serán embalados para su despacho a los lugares de embarque. Esta cosecha se realiza siguiendo un orden establecido

• La cosecha de cátodos comienza una vez transcurridos siete días en el ciclo catódico. de “tercios de celdas”, lo que significa levantar 20 placas de acero inoxidable simultáneamente (cátodos). Los cátodos son lavados con agua caliente para remover los restos de materiales e impurezas que pudieran haber quedado adheridos. Luego, deben ser removidos de los cátodos permanentes de acero inoxidable, para lo que se utilizan las máquinas despegadoras. Una vez que los cátodos han sido separados de los cátodos permanentes, son apilados, pesados y enzunchados para su despacho.

COSECHA DE CATODOS EN R.T. CODELCO-CHILE

CATODOS

PROCESO LIX – SX - EW

ELECTRORREFINACIÓN

• Mediante la electrorrefinación se transforman los ánodos producidos en el proceso de fundición a cátodos de cobre electrolítico de alta pureza.

• La electroerrefinación se realiza en celdas electrolíticas, donde se colocan en forma alternada un ánodo (que es una plancha de cobre obtenida de la fundición) y un cátodo (que es una plancha muy delgada de cobre puro).

• La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por una solución de ácido sulfúrico y agua. El ión sulfato de la solución comienza a atacar el ánodo de cobre formando una solución de sulfato de cobre denominada electrolito. Al aplicar una corriente eléctrica, los componentes de la solución se cargan eléctricamente produciéndose una disociación iónica.

ELECTRORREFINACIÓN

• En la disociación iónica el anión sulfato es atraído por el ánodo y el catión cobre es atraído por el cátodo. El anión sulfato ataca el ánodo formando sulfato de cobre, el que se ioniza en la solución por efecto de la corriente eléctrica, liberando el cobre como catión que migra al cátodo y se deposita en él. El ión sulfato migra al ánodo y vuelve a formar sulfato de cobre que vá a la solución, recomenzando la reacción.

• Este proceso es continuo durante 20 días. El día 10, se extraen los cátodos y se reemplazan por otros y los ánodos se dejan 10 días más y se reemplazan por otros. De esta forma, al final del día 20, nuevamente se extraen los cátodos y se renuevan los ánodos.

ELECTRORREFINACIÓN

• Los otros componentes del anodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de las celdas electrolíticas, formandose lo que se conoce como barro anódico el cual es bombeado y almacenado para extraer su contenido (oro, plata, selenio, platino, paladio).

• La cosecha de cátodos tiene como objetivo obtener los cátodos y asegurar su calidad para el despacho. Una vez terminado el proceso de electrorrefinación, cada 10 días los cátodos son sacados de las celdas y se examinan cuidadosamente para asegurar su calidad, descartándose aquellos que tengan algún defecto. Los cátodos seleccionados son pesados y embalados para su posterior despacho.

ELECTRORREFINACIÓN

ELECTRORREFINACIÓN

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