CONCENTRACIN DE MINERALES

HIDROMETALURGIA II

AO DE LA INVERSIN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

UNIVERSIDAD DANIEL ALCIDES CARRINFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE FORMACIN PROFESIONAL DE METALRGIA_______________________________________________________________________________________________

TERMODINMICA DE LA LIXIVIACIN DEL ORO

INFORME N 03

A: Ing. PANEZ CRISTOBAL, Julio.DE: TICSE MELO, Brayan ASUNTO: lixiviacin del oroSEMESTRE: VII FECHA:

Por el presente texto me dirijo con la respectiva solicitud a Ud. Ing. quien est a cargo del curso de HIDROMETALURGIA II, en el informe siguiente presentamos sobre los materiales que se utiliza en el proceso de lixiviacin por pilas del oro, ya que es una prctica indispensable para nuestra carrera, y fue realizada exitosamente; ya que todo eso se realiz en el laboratorio.

___________________________ TICSE MELO brayan COD: 1024202012

RESMEN.

el presente trabajo analizaremos los procesos que realizamos en la lixiviacin por pilas del oro, que se emple por primera vez en la extraccin del cobre a mediados del siglo xvii a partir de los minerales oxidados de yacimientos slidos.tambin trataremos de los diversos procedimientos de lixiviacin y su importancia dentro de la obtencion delos metales valiosos.

INTRODUCCION

La palabra lixiviacin viene del latn: Lixivia, -ae sustantivo femenino que significa leja. Los romanos usaban este trmino para referirse a los jugos que destilan las uvas antes de pisarlas, o las aceitunas antes de molerlas. En la actualidad, se denomina lixiviacin, al lavado de una sustancia pulverizada para extraer las partes solubles. Se denomina tambin a una de las formas de obtener oro, para ellos se usa la lixiviacin con cianuro a la mena de oro para purificarlo. Esto produce una gran contaminacin donde se hace el procedimiento por el envenenamiento producido por los componentes del cianuro y la gran cantidad de agua que se utiliza. El procedimiento de lavado (lixiviacin) se hace en piletones gigantes, hasta del tamao de varios estadios olmpicos, y por desgracia, posteriormente estos residuos pasarn a las capas freticas de agua que generalmente se ubican en las altas montaas, que es donde estn las minas de oro. Una linda palabra, para tan triste explotacin mineral.el concepto del proceso de lixiviacin por pilas se emple por primera vez en la extraccin del cobre a mediados del siglo XVII a partir de los minerales oxidados de yacimientos slidos.La aplicacin para menas de metales preciosos fue sugerida originalmente por la DIRECCION DE MINAS DE LOS ESTADOS UNIDOS EN 1967En 1971 la empresa Carlin Gold Minig ya empleaba el mtodo para tratar minerales de baja ley. estos estudios fueron patentados en nueva york en 1974Actualmente la lixiviacin en pilas es el proceso ms usado en la recuperacin de minerales de oro diseminado y de baja leyen 1992 se inicia la bio - oxidacin de minerales en pilas, abriendo una nueva oportunidad de tratamiento a los minerales refractarios al proceso de lixiviacin en pilas.

OBJETIVO

Conocer los parametrs termodinmicos de la lixiviacin del oro

Recuperacion de loro en menas distintas que se nos presenta.

Regeneracin de la solucion lixiviante adicionando sales y precipitando sales.

MARCO TEORICO.

LIXIVIACION DE ORO

I. INTRODUCCIN

El cianuro de sodio ha sido el reactivo de lixiviacin preponderante para el oro, debido a su excelente extraccin de una gran variedad de menas y su bajo costo. Si bien el cianuro es un lixiviante poderoso para oro y plata, no es selectivo y forma compuestos complejos con una variedad de iones metlicos y minerales.

Las velocidades de cianuracin son relativamente lentas y la industria ha estado investigando reacciones de lixiviacin de oro ms rpidas, que sean capaces de alcanzar extracciones de oro muy altas. Debido al elevado valor del metal amarillo, incluso pequeos incrementos en la recuperacin son siempre preferibles para mejorar la velocidad de lixiviacin.Por otro lado la aplicacin de los mtodos hidrometalrgicos en el oro, especialmente la lixiviacin cianurada, que tiene una aplicacin mayoritaria en el tratamiento de minerales oxidados, ha dado lugar al desarrollo de tcnicas ecolgicas e innovadoras de lixiviacin, extraccin por carbn activado, extraccin por solventes y electrodeposicin M oro, con la finalidad de obtener ctodo de oro de gran pureza.El trabajo de Lixiviacin se desarrolla en Menas, Concentrados y Material Refractario (sulfurado), en pulpa o partculas (agitacin o pilas) a temperatura ambiente con tiempo de lixiviacin mximo de doce horas, usando como medio lixiviante el cido sulfrico concentrado adicionado sales oxidantes como los cloruros y nitrato de sodio o nitrato de amonio en distintas proporciones, Los resultados obtenidos respecto a la recuperacin de oro alcanzan el 98%.Si el oro esta encapsulado en el cuarzo o arena aurfera, deber adicionarse fluoruro de sodio (nunca usar el calcio, porque forma yeso que entorpece el proceso) con la finalidad de disolver el cuarzo, no disuelve ni forma complejos en el oro, adems sirve para dejar en libertad metales nobles como el titanio, platino, talio, germanio, etc los cuales luego son recuperados con el medio lixiviante al cual he denominado Proceso SEVERO.La adicin de sales a la pulpa cida, tiene por finalidad producir cloro y agua regia in situ, lixiviante enrgico para recuperar elementos nobles de concentrados o minerales aurferos.

II. METODOLOGALIXIVIACIN DEL ORO EN DIVERSOS MEDIOS CIDOS

2 Au + 3Cl2 + 2HCl 2H [AuCl4](1)2Au + 2HNO3 + 6HCl 2AuCl3 + 2NO + 4H2O2Au + 2HCl + 6FeCl3 2H [AuCl4] + 6FeCl2(2)2Au 2 HCl + 6FeCl3 2H [AuCl4] + 6FeCl2(3)2Au + 6HNO3 + 8HCl 2H [AuCl4] + 6NO2 + 6H2O(4)H2SO42Au + 2NaNO3 + 8NaCl 2Na [AuCl4] + 2No + 4 Na2O(Proceso SEVERO) (5)

PROCESO OPERATORIO DE LIXIVIACIN

El presente proceso es innovativo y ecolgico para la recuperacin de oro de menas, concentrados y material refractario (sea por agitacin, en pilas o inundacin), el cual se ha patentado como Proceso SEVERO. La lixiviacin se realiza mediante la adicin de sales oxidantes en medio cido y tiene las siguientes ventajas frente a los procesos convencionales:

Alta sensibilidad a elementos incrustados en las menas de Pb, Cu, Zn, Sb, etc. No interaccionan con el azufre residual liberndolo del proceso.

Alta recuperacin del oro y elementos nobles: platino, palacio, iridio, rodio, osmio, rutenio, titanio, germanio, talio, etc. de las arsenopiritas y calcopiritas.

Recuperacin satisfactoria del oro de menas refractarias.

Regeneracin del lixiviante adicionando sales y precipitando sales.

Las sales con el oro forman un complejo aninico en medio cido, siendo su mecanismo de reaccin:2 Au + 2NaNO3 + 8NaCl 2Na [ AuCl4 ]+ 2NO + 4Na2O (6) Esta reaccin es rpida y logra extracciones de oro hasta un 98%. La principal ventaja es que se recicla la solucin lixiviante. Adems, no se genera gas de dixido de nitrgeno que es venenoso y txico.

QUMICA DE LA LIXIVIACIN

Las reacciones de lixiviacin del oro con cianuro y sales oxidantes son mostradas a continuacin:

CIANURADO

2 Au + 4CN- + 1 O2 + H2O 2 Au (CN)2- + 2OH-(7)

SALES OXIDANTES

2 Au + 2NaNO3 + 8NaCl 2Na [AuCl4] + 2 NO + 4Na2O(8) Las ventajas existentes para el proceso en estudio son:

La reaccin con sales oxidantes utiliza como lixiviante el nitrato y cloruro de sodio formando, por la reaccin con el medio cido, el cloruro de nitrosilo NOCI. Por lo tanto, cinticamente la lixiviacin con sales oxidantes es funcin de la concentracin del cido y sales.

Las sales disueltas del oro forman compuestos complejos (H[AuCl4], Au[AuCl]4) de oro (I) y (III) estables en el medio. Las sales forman un ligando de cloruro y nitrosilo con el oro.

Para la recuperacin del oro, plata, titanio, germanio, talio, platino, etc. del mineral, el costo de las sales es insignificante.

La recuperacin del oro del medio lixiviante se desarroll por cementacin, carbn activado, extraccin por solventes, reduccin gaseosa o electrodeposicin,

MECANISMO DE REACCINSi en la mena aurfera existe plata, cobre, rutilo, germanio, platino, titanio, talio, etc. dichos elementos valiosos son lixiviados bajo las siguientes semirreacciones:

SEMIRREACCIONESEl cido ntrico se forma mediante la interaccin del nitrato de sodio, amonio o potasio, adicionando cido sulfrico concentrado, siendo el mecanismo de reaccin:

4 NaNO3 + 2H2SO4 2Na2SO4 + 4HNO3(9)

Para obtener cido clorhdrico se hace reaccionar cloruro de sodio, cloruro cuproso, cloruro frrico o cualquier cloruro adicionando cido sulfrico concentrado, siendo el mecanismo de reaccin en dos etapas:

4 NaCl + 4H2SO4 4 NaHSO4 + 4HCl 4 NaHSO4 + 4NaCl 4Na2SO4 + 4HCl_____________________________ 8NaCl + 4H2SO4 4Na2SO4 + 8HCl (10)

Notar que el cloruro de sodio en reaccin con el cido sulfrico concentrado primeramente forma bisulfato, en una segunda reaccin recin forma sulfato de sodio; as mismo, en la reaccin existe un exceso de cloruro de sodio el cual forma un exceso de cido clorhdrico, y se convierte en benefactor para la lixiviacin de los metales nobles (especialmente para la lixiviacin de la plata) presentes en el mineral.

El nitrato de sodio o potasio es de calidad industrial (fertilizante) o comercial, el cual interacta con el medio cido produciendo cido ntrico naciente in situ. El cloruro de sodio, de igual manera, es de calidad comercial.Dichas reacciones favorecen en el proceso para poder lograr formar el cloruro de nitrosilo. La formacin de agua regia in situ es mucho ms enrgica que el agua regia obtenida al hacer reaccionar el cido ntrico y clorhdrico concentrado, ya que el agua regia a partir de sales oxidantes se genera en el medio, de tal manera que disuelve todo el material valioso sin eliminarse (evaporarse) como ocurre con los cidos comunes.La generacin de cloruro de nitrosilo, NOCI, se desarrolla al hacer reaccionar las sales oxidantes en el medio cido, es necesario controlar la cantidad de las sales, ya que un exceso del nitrato genera la formacin de gas NO2, el exceso de cloruro de sodio, genera la formacin de compuestos de cloro (indeseables en el medio) La ecuacin que se adjunta a continuacin es recomendable para desarrollar el presente proceso.

H2SO4NaNO3 + 3NaCl ---- NOCl + Cl2 + 2Na2O 25 C

REACCIN DEL LIXIVIANTE

La reaccin general del proceso de lixiviacin se desarrolla bajo:

H2SO42NO3- + 8Cl- ---------) 2NOCl + 3Cl2 + 2O2 (12) 25C

Siendo el cloruro de nitrosilo, NOCI, parte importante en el proceso de formacin del agua regia en el medio.

REACCIN CON EL MINERAL AURFERO La interaccin del mineral aurfero con el medio lixiviante se desarrolla bajo la reaccin:

H2SO4Au + 3NaNO3 + 4NaCl ---------) Na [AuCl4] + 3NO2 + 3Na2O (13)

25C

Dicha reaccin no es recomendable por la generacin del gas NO2, que es altamente txico, por lo que se ha desarrollado la siguiente reaccin qumica que es bastante favorable para el proceso de lixiviacin con sales oxidantes:

H2SO42Au + 2NaNO3 + 8 NaCl ---------) 2Na [AuCl4] 2NO + 4Na2O (14)

25CNotar que se obtiene NO, oxido ntrico, el cual luego es regenerado a cloruro de nitrosilo, dicho mecanismo lo vemos en el siguiente prrafo.

Podr establecer usted amable lector que la adicin de las sales oxidantes es muy importante en el presente proceso, por lo que es necesario dosificar adecuadamente de tal manera evitar la contaminacin del medio ambiente, ya que el presente proceso es ecolgico, y loable ya que se regenera la solucin lixiviante para procesos posteriores de lixiviacin de mineral fresco.

RECICLADO DEL XIDO NTRICODicha reaccin es espontnea ya que la presencia del ion cloro (en exceso) en el medio interactan con el xido ntrico y genera cloruro de nitrosilo y cloro naciente, por lo tanto el gas nitrosilo siempre estar presente en dicho medio lixiviante, bajo la siguiente reaccin:

2NO + 2Cl2 2NOCl + Cl2 (15)

El xido ntrico (NO), a pesar de su carcter endotrmico, es perfectamente estable en condiciones normales. Es un gas incoloro, relativamente, es poco soluble en agua, y no se combina con ella. Entrega su oxgeno con gran dificultad.

El xido ntrico se combina directamente con el oxgeno. El dixido de nitrgeno (No 2), es un gas de color pardo, que se condensa fcilmente formando un lquido que hierve a +210C. El NO2 es un agente oxidante muy poderoso.

El principal producto resultante de la reduccin del cido ntrico moderadamente fuerte, es el xido ntrico y del concentrado, el dixido de nitrgeno.

Si el proceso se lleva a cabo en disoluciones no muy concentradas, de los gases formados por descomposicin del cido ntrico solo se desprende xido ntrico, puesto que el dixido de nitrgeno, al reaccionar con el agua, da cido ntrico y xido ntrico.

Nota: El cobre reacciona con el cido ntrico concentrado dando el gas dixido de nitrgeno, de color pardo rojizo, mientras que con el mismo cido diluido forma el xido ntrico, incoloro:

3Cu(S) + 2NO3- + 8H+ -------- 3Cu2+ + 2NO(g) + 4H2O (16)

El agua regia obtenida a partir de sales oxidantes in situ, tiene accin mucho ms enrgica que el obtenido por la mezcla de cidos. El oro, platino, titanio, germanio, paladio, iridio, rodio, osmio, rutenio son disueltos para dar los compuestos clorurados, segn el mecanismo de reaccin:

3X + 4HNO3 + 12HCl ----- 3XCl4 + 4NO + 8H2O (17)

TERMODINMICA DE LIXIVIACIN DEL ORO

La termodinmica define el estado de equilibrio a que deber llegar finalmente la reaccin de lixiviacin en las condiciones dadas, aunque en la prctica no se logre alcanzar el equilibrio.

La termodinmica nos indica qu reacciones son posibles, y cuales no, por lo tanto para las ecuaciones se obtuvieron los siguientes valores:

2 Au + 2NaNO3 + 8 NaCl ------- 2Na [AuCl4] +2 NO + 4 Na2O Dm = - 292502 Cal (18)

Dicha reaccin es factible ya que la energa libre es espontnea, no requiriendo energa externa para su formacin.Por tal motivo es importante estudiar la termodinmica primero, antes de desarrollar cualquier trabajo que pueda entorpecer el estudio.Los diagramas de estabilidad (E-pH) son representaciones termodinmicas del sistema que permiten visualizar de una manera global las zonas de estabilidad de los elementos y compuestos basndose en el pH y el potencial del proceso de oxidacin y reduccin.Dichas variables son tan importantes para mostrar la extensin de las reacciones. Las cuales se pueden expresar mediante ecuaciones en que intervienen las variables mencionadas.Siempre hay que tener presente que los diagramas representan, en cuanto a exactitud, por los datos experimentales un aproximado a la realidad. En dicho caso no se considera la cintica del proceso involucrado.Los diagramas de estabilidad son herramientas muy valiosas para el estudio de los procesos de lixiviacin. El conocimiento real de las variables permiten tener una visin muy clara de lo que esta ocurriendo en el proceso desde el punto de vista de las especies que estn presentes en el medio.CONSIDERACIONES TERMODINMICASUna primera evaluacin termodinmica indica que la disolucin del oro, usando sales oxidantes a temperatura ambiente, es un proceso atractivo que se muestra a travs de las siguientes reacciones:

Au3+ + 4Cl- ------------ AuCl4- Dm = - 172780 Cal (19)La estabilidad del complejo es parte importante para su extensin en el medio, por lo cual es importante que la reaccin sea de izquierda a derecha.Dicha reaccin ocurre en medio cido, en presencia de sales oxidantes. En particular, esto se puede lograr, adicionando adecuadamente las concentraciones de las sales de nitrato y cloruro de sodio en el medio cido, en la que los iones cloro son los controlantes del proceso, un exceso del nitrato genera gas NO 2 contaminante para el medio ambiente.

Au + 3NaNO3 + 4 NaCl ----- Na [AuCl4] +3 NO2 + 3 Na2O Dm = +396660 Cal (20) Dicha reaccin no ocurre espontneamente, ya que requiere energa externa o un exceso de nitrato de sodio con la finalidad de ocurrir, tal como indica la ecuacin (20)

CINTICA DE LIXIVIACIN DEL ORO

Mientras ms amplio sea el tiempo de lixiviacin requerido para alcanzar una recuperacin deseada de una mena de oro, mayor ser la capacidad requerida del volumen de lixiviacin y por lo tanto el costo de capital de la planta. En procesos de lixiviacin con cianuro, el tiempo de residencia en plantas de oro vara en un rango de 10 a 72 horas. En cambio en el proceso de lixiviacin con sales oxidantes el tiempo de residencia es de 8 horas como mnimo (dependiendo de la variedad de mineral aurfero)

La disolucin del oro en medio cido con sales oxidantes es una reaccin heterognea que ocurre en la interfase slido-lquido. La velocidad de transferencia de masa de reactantes (sales oxidantes) desde la fase lquida, tiene un efecto importante sobre la cintica total de lixiviacin del oro. As la velocidad de disolucin no solo depende de la velocidad de reaccin qumica en la interfase slido-lquido, sino tambin de la velocidad de transferencia de masa entre las fases. La velocidad tambin depender del rea de la interfase en reaccin, el cual se reduce constantemente durante la disolucin del oro.

Estudios preliminares han demostrado que la disolucin del oro est controlada por la difusin (transferencia de masa) del cloruro y el nitrato de sodio disuelto a travs de la capa lmite de la interfase slido-lquido (figura N.O 2) La velocidad de disolucin se incrementa con la concentracin del cloruro de sodio, el oro puede llegar a pasivarse (por la presencia M cloruro de plata-insoluble en el medio, esto debido a que parte del cloruro disuelto interacta con la plata por ello se recomienda un exceso de cloruro de sodio) y disminuir su velocidad de disolucin a un nivel ms bajo y constante.

A bajas concentraciones de nitrato de sodio, el cloruro de sodio tiene efecto sobre la velocidad de disolucin del oro, mientras que a elevadas concentraciones de nitrato de sodio, donde la reaccin no est controlada por el nitrato, la velocidad de reaccin depende del cloruro de nitrosilo, NOCI. Las reacciones que ocurren en el proceso estn ilustradas en la figura N.O 2, tanto para el rea andica como catdica.

La descarga de oxido ntrico, NO, es instantnea y conduce a una acumulacin de cloruro de nitrosilo bajo la siguiente reaccin:

2NO + 2Cl2- ------ 2NOCl + Cl2 + 2e- (21)

En la solucin. La lixiviacin de minerales aurferos con sales oxidantes es controlada por la difusin. La rapidez de reaccin involucra difusin en la capa lquida, de los iones cloro para capturar al ion oro y formar el complejo de cloruro de oro, esto debido a la alta concentracin de cloruro de sodio y el ion cloruro causa la alta concentracin de cloruro de nitrosilo Por lo tanto, se alcanza la velocidad lmite, cuando la razn de concentracin de iones nitrato a cloruro en solucin es igual a cuatro y punto cinco.Lo cual corrobora que la ecuacin estequiomtrica est bien aplicada porque se requiere una relacin de 1:4 de nitrato de sodio a cloruro de sodio.La razn de las dos concentraciones es de gran importancia. Si se usa un exceso de solucin concentrada de cloruro, respecto al nitrato disuelto, ste es desperdiciado.Por otro lado, si se alcanza a saturar de iones cloruro una solucin pobre de ion nitrato, la velocidad de lixiviacin ser lenta. Para la mxima velocidad de lixiviacin con sales oxidantes en un proceso productivo, es importante el control de la concentracin de nitrato y cloruro de sodio disuelto en un radio molar ptimo (igual o cercano a cuatro y medio)Lo cual nos confirma que la ecuacin estequiomtrica de la lixiviacin con sales oxidantes requiere una relacin de uno a cuatro para establcer la disolucin del oro presente en el mineral

CONCLUSIONES El efecto del cianuro de sodio e hidrxido de sodio, mejoran la recuperacin de oro y plata cuyos resultados llegan al 98% de oro cuando fue adicionado hidrxido de sodio y al 93% de recuperacin de oro cuando fue adicionado cianuro de sodio, estos resultados son muy buenos comparados a cuando se trabaja sin la adicin de los anteriores reactivos logrndose recuperaciones del 79% de oro. El comportamiento de la recuperacin electroltica de la plata es similar al caso del oro. El efecto de los contaminantes como el caso del calcio, hierro y azufre, en la electrolisis en celda de tipo Zadra no han mostrado una incidencia significativa, aunque en el proceso tanto en celda convencional como en celda de tipo Zadra se ha observado deposiciones posiblemente de complejos de hierro-cianuro el cual no fue estudiado, sin embargo debe ser una condicin necesaria controlar hierro y el azufre para trabajar en los procesos de cia-nuracin y electrolisis, este aspecto est fundamentado en los diagramas Eh-pH. Por medio del presente trabajo de grado se demuestra que se puede recuperar parcialmente oro con el proceso de lixiviacin con sales oxidantes en medio cido. Sin embargo los porcentajes de disolucinalcanzados en la lixiviacin no superan el 20% indicando que el proceso por el momento no es Econmicamente viable. Realizar estudios sobre la influencia de las velocidades de agitacin para la lixiviacin de mineral aurfero con sales oxidantes en medio cido y de igual forma compararla con procesos como la lixiviacin por percolacin y en autoclave.

BIBLIOGRAFIA. Alarcn, B. H. (2003).Caracterizacin mineralgica y grado de liberacin de oro.Informe de resultados, Instituto de Geologa y Medio Ambiente. Universidad Mayor de San Andrs, La Paz.[Links] Barbosa, O., Monhemius, A. J. (1988).Thermochemistry of Thiocyanate systems for leaching Goldand Silverores.Precious Metals '89. The Minerals, Metals & Materials Society. 40, 307-339.[Links] Garca, J. A., Nez, E. A., Montenegro, C. A., Meissl, R. J., De La Iglesia, D.- (1992). Desarrollo de un sistema de electrorecuperacin de oro y plata desde soluciones diluidas de cianuracin de minerales. Pp. 261-265. VII Congreso Nacional de Metalurgia, Universidad de Concepcin, Concepcin. Habashi, F. (1980).Principles of Extractive Metallurgy. Pp. 24-42. Hydrometallurgy.La-val University. Gordon and Breach, Science Publishers, Canada.[Links] Roine, A., Mansikka-aho, J., Bjrklund, R (2006). HSCChemistry 6.0.Outokumpu Technology Research Oy.[Links] Valda, M. F. (1987).Electroobtencin de oro a partir de soluciones cianuradas.Tesis de Grado, Carrera de Ingeniera Metalrgicas, Universidad Mayor de San Andrs, La Paz.[Links]

Alumno: TICSE MELO Brayan Pgina 8