RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA

Nombre: Carlos Muñoz Eyquem Ramo: Fisicoquímica

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Se entiende por hidrometalurgia como los procesos de lixiviación selectiva (disolución)

de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. Entre

estos procesos encontramos 3 principales etapas de los procesos hidrometalurgicos:

proceso químico en el cual una o más sustancias (llamadas reactivos), por efecto de

un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos.

Sean: a,b,c,d : Coeficientes estequiométricos

Energía libre estándar de la reacción (energía de Gibbs)

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En general una reacción electroquímica se escribe en el sentido de la reducción.

Ox. : Especie oxidante Red. : Especie reductora n : Número de electrones que participan en la reacción

E: Potencial de la reacción electroquímica (V)

R: Constante de los gases (1.987 cal/mol.K )

T: Temperatura ( K )

n: Número de electrones que participan en la reacción

F: Constante de Faraday (23060 cal/volt.equival. o 96500 Coulomb )

[Ox]: Actividad de Ox.

[Red]: Actividad de Red.

E°: Potencial estándar de la reacción electroquímica

Cuando todos los compuestos que participan en la reacción están en su estado estándar sólidos y líquidos puros, especies disueltas en una concentración de 1 mol/litro.

. .

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El equilibrio termodinámico de especies es en solución acuosa, es relevante incluir en los diagramas Eh - pH los límites de estabilidad del agua. Las semi-reacciones a considerar son:

Este diagrama es adecuado para analizar la lixiviación de óxidos simples como tenorita (CuO) y cuprita (Cu2O) o de

cobre nativo. Se consideran sucesivamente las diferentes reacciones entre las especies consideradas para el

diagrama Eh - pH del cobre. Cada reacción corresponde a una línea de equilibrio en el diagrama de Pourbaix.

Reacciones químicas propiamente tal, dependen sólo del pH. En este caso, se consideran actividades unitarias para todas las especies metálicas en solución.

Reacciones electroquímicas, dependen del Eh y del pH.

La disolución de los óxidos simples de cobre es termodinámicamente posible en el dominio ácido y en presencia de oxidantes. La tenorita (CuO) sólo necesita condiciones de pH, mientras que en esas condiciones, la cuprita (Cu2O) necesita además la presencia de un agente oxidante (iones Fe3+, O2, u otros).Las reacciones son: CuO + 2 H+ <=> Cu2+ + H2O y Cu2O + 2H+ <=> 2 Cu2+ + H2O + 2 e- Ox. + 2 e- <=> Red. Cu2O + 2 H+ + Ox. <=> 2 Cu2+ + Red. + H2O

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El diagrama ha sido trazado para actividades unitarias. Si se traza para otras actividades, por ejemplo 10-6 (diagramas de corrosión), aumentan el dominio de estabilidad de los iones, pero el diagrama mantiene su forma produciéndose sólo desplazamientos paralelos de las rectas que limitan a estos iones.

Que una reacción sea termodinámicamente posible (ΔG<0) depende de la cinética de la reacción. Este factor es muy importante para la concepción y la evaluación de la rentabilidad económica de todos los procesos hidrometalurgicos. Reacción Homogénea: Reacción química u electroquímica en la cual todos los productos y reactantes pertenecen a una sola y misma fase. Reacción Heterogénea: Una reacción es heterogénea si tiene lugar en dos o más fases.

En general, las reacciones químicas se pueden escribir

A + B => C + D A => B A => B => C

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La etapa controlante de una reacción es la de velocidad más lenta. El control de la reacción global puede ser: - Por transporte de masa (etapa 1, 2 o 4) - Por reacción química (etapa 3) - Mixto

Etapas de una reacción

Transporte de masa de los reactantes gaseosos a

través de la interfase gas - líquido y posterior

disolución

Transporte de masa de los reactantes a través de la

capa límite solución - sólido, hacia la superficie

del sólido.

Reacción química o electroquímica en la superficie

del sólido, incluyendo adsorción y desorpción en la superficie del sólido y/o a través de la doble

capa electroquímica.

Transporte de masa de las especies producidas a través de la capa límite

hacia el seno de la solución.

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La difusión en fase homogénea es la etapa limitante más común en una reacción Hidrometalurgica. Es un proceso que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusión es el gradiente de concentración dentro de la fase. La primera ley de FICK relaciona la cantidad de material que difunde por unidad de tiempo en una dirección perpendicular a un plano de referencia de área unitaria con el gradiente de concentración de este.

La capa de difusión es una delgada capa de líquido adyacente a la interface sólido- líquido y que prácticamente se adhiere al sólido, debido a que es necesario que la velocidad de la solución sea nula en la interface con el sólido. Si la etapa limitante es la difusión, entonces la especie llega a la superficie y se consume inmediatamente; su concentración es nula en la superficie del sólido. El transporte de masa a través de la capa de difusión puede ser aumentado: (1) Reduciendo el espesor de la capa de difusión. (2) Aumentando el gradiente de concentración, esto es aumentando la concentración de la solución (C0). (3) Aumentando la temperatura de la solución. (4) Aumentando la superficie de contacto. El espesor de la capa de difusión depende de la rugosidad del sólido, de la viscosidad de la solución, de la velocidad de agitación y del grado de turbulencia y fuerzas de cizalle. δx disminuye cuando aumenta el grado de turbulencia.

La difusión a través de la capa de sólido que se va formando como producto de la reacción sobre el núcleo reaccionante y/o a través de la capa de partículas inertes es un factor importante en prácticamente todos los procesos heterogéneos.

Sin embargo, algunos procesos, como la lixiviación en pila, no pueden siempre ser operados para mantener una solución homogénea.

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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, etc. Una forma de clasificar los métodos de lixiviación es: Lixiviación de lechos fijos: - in situ, in place - en botaderos - en pilas - en bateas Lixiviación de pulpas: - por agitación, a presión ambiente - en autoclaves

Tamaño de las partículas

•La superficie de reacción aumenta cuando disminuye el tamaño de las partículas.

Forma y textura de las partículas

•El efecto de la forma de las partículas es poco importante en hidrometalurgía, y muy difícil de modelizar.

Efectos galvánicos

•Cuando dos minerales conductores están en contacto eléctrico en una solución, el de potencial más electronegativo se va a disolver preferentemente.

Porosidad

•La velocidad de cualquier reacción aumenta con la porosidad, ya que la difusión es más fácil y/o hay una mayor superficie de reacción.

Factores mineralógicos

•La reactividad de los granos de minerales es fuertemente afectada por factores tales que orientación cristalina, inclusiones, dislocaciones e impurezas.