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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
¿Qué minerales son sometidos al proceso de hidrometalurgia?R: OXIDOS Y SULFUROS SECUNDARIOS
Conceptos Generales
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Minerales de Sulfuros Secundarios:
Covelina (CuS)
Calcosina(Cu2S)
Covelina(66,5% Cu)
Calcosina (79,8% Cu)
Conceptos Generales
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Diagrama de Proceso
Explotación Minera (Mina)
Óxido
Planificación Minera
Estéril(Botaderos)
ExploraciónGeológica
Extracción Por Solventes
ElectroObtención
LixiviaciónChancado
Cátodos(99,99% Cu)
Planta de Hidrometalurgia
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Componentes del Sistema
Fuente: Google Earth, Minera El Tesoro
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
¿Datos requeridos para diseñar una Planta?
PLANTAHIDROMETALÚRGICA
Cátodos
?
?
?
?
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
¿Datos requeridos para diseñar una Planta?
Dureza
Tipos de minerales
Densidad
Ley
.
.Etc
PLANTAHIDROMETALÚRGICA
Cátodos
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
¿Datos requeridos para diseñar una Planta?
Geológica
Mineralógica
Química
Física PLANTAHIDROMETALÚRGICA
Cátodos
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Caracterización y Reactividad
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)
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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:
Caracterización y Reactividad
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
ASOCIACIONES MINERALÓGICAS PARA LIXIVIACIÓN
Caracterización y Reactividad
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
MINERALOGÍA DE MUESTRA DE CABEZA
(J. Casas)
Caracterización y Reactividad
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
LIXIVIACIÓN DEL MINERAL
(J. Casas)
Caracterización y Reactividad
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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.
Caracterización y Reactividad
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Parámetros Operacionales y de Diseño (P. Schmidt, 2001)
Aglomeración
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
• 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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
• 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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Lixiviación de lechos fijo
In situ
Botaderos
Pilas
Bateas
Lixiviación de pulpas
Agitación
Autoclave
TIPOS DE LIXIVIACIÓN:
Lixiviación
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
TIPOS DE LIXIVIACIÓN:
Lixiviación
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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.
TIPOS DE LIXIVIACIÓN:
Lixiviación
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
• Diseño de la etapa de Lixiviación
– Según piso• Renovable, Permanente, Modular
– Según Operación• Dinámica, unitaria
Lixiviación
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Parámetros Operacionales y de Diseño en Lixiviación en Pilas (P. Schmidt, 2001)
Lixiviación
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Lixiviación
Lixiviación Primaria y Secundaria – Radomiro Tomic
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Extracción por Solventes
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Orgánico descargado
Refinado a etapa de Lixiviación
Orgánico cargado
Solución de Lixiviación
AcOr
Mezclador -decantador
PROCESO DE EXTRACCIÓN
Extracción por Solventes
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Orgánico cargado
Electrolito de alta concentración de cobre a
Electroobtención
Orgánico descargado
Electrolito de baja concentración de cobre
AcOr
Mezclador -decantador
PROCESO DE REEXTRACCIÓN
Extracción por Solventes
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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)
Extracción por Solventes
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Parámetros Operacionales y de Diseño de una Planta de SX (P. Schmidt, 2001)
Extracción por Solventes
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
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
Evaluación de Procesos Mineralúrgicos
Electroobtención
Composición Cátodo Grado A
(High Grade)(Fuente: LME - BS EN
1978:1998 Copper Cathodes)
Recommended