1. 7651756946903427730694690 DEDICATORIA Este trabajo monográfico se la dedicamos a unas personas muy especiales quienes nos apoyan incondicionalmente en nuestro proceso de aprendizaje, ellos son nuestros padres. LOS AUTORES INTRODUCCIÓN En los circuitos de lixiviación industrial las soluciones lixiviantes son recirculadas continuamente entre etapas o ciclos de lixiviación y extracción por solventes. En la extracción por solventes se extrae selectivamente el cobre, mientras los demás iones permanecen en solución acuosa. Como consecuencia los iones metálicos diferentes del cobre y los aniones que los acompañan llegan a un estado estacionario donde su concentración puede ser muy alta (Rojas 1998). La concentración de los iones acumulados en el proceso de lixiviación (hierro, aluminio, magnesio, manganeso, etc.), proviene de la disolución de las especies que contienen el metal de interés (cobre) y de la ganga. Esta disolución depende del consumo de ácido del mineral, tiempo de residencia del mineral en la pila y concentración de ácido en las soluciones lixiviantes. La información bibliográfica disponible sobre lixiviación de minerales de cobre con soluciones con alta carga iónica es escasa. El proceso de lixiviación de minerales oxidados de cobre es estudiado normalmente de acuerdo a la tasa de irrigación y concentración del agente reactante (Roman et al 1974, Benner et al 1974, Canterford 1985), sin analizar la naturaleza de la solución lixiviante. LIXIVIACION Es el procedimiento de recuperación de un metal de una Mena, mediante un disolvente y la separación de la solución resultante de la porción sin disolver. Factores importantes de una Lixiviación: Poner en contacto el disolvente con el material que se ha de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal. Separar la solución formada del residuo sólido. Precipitar el metal de la solución. Factores importantes de una Lixiviación: Poner en contacto el disolvente con el material que se ha de lixiviar con el propósito de permitir la disolución del metal. Separar la solución formada del residuo sólido. Precipitar el metal de la solución. Variables que influyen en la elección de un lixiviante idóneo: Naturaleza de la Mena o del material que hay que disolver. Posibilidades de regeneración. Precio y acción corrosiva. 3932555390525 Condiciones operacionales tales como la temperatura, el tiempo de contacto, la concentración y el PH. Agentes lixiviantes mas utilizados: EL AGUA LAS DISOLUCIONES DE SALES EN AGUA(SULFATO FERRICO, CARBONATO DE SODIO, CLORURO DE SODIO, CIANURO DE SODIO, SULFATO DE SODIO, TIOSULFATO DE SODIO). AGUA DE CLORO. ACIDOS (SULFURICO, CLORHIDRICO, Y NITRICO). BASES (HIDROXIDO DE SODIO Y AMONIO). El Agua.-Tiene pocas aplicaciones como agente lixiviante (pues en la naturaleza los minerales solubles en agua son relativamente escasos). Las disoluciones de sales en agua: Carbonato de Sodio, para menas de Uranio. UO2 +3Na2CO3 +H2O +1/2O2 Na4 [UO2 (CO3)3] +2NaOH Cloruro de sodio, para el sulfato de plomo PbSO4 + 2NaCl Na2SO4 +PbCl2 PbCl2 +2NaCl Na2 [PbCl4] Cianuro de sodio, para menas de Au y Ag. 2Au + NaCN +O2 + 2H2O 2Na [Au(CN)2] +2NaOH + H2O2 Sulfuro de sodio, para sulfuro. Sb2S3 + 3Na2S 2Na3[SbS3] Tiosulfato de sodio, para el cloruro de plata producido en algunas tostaciones. 2AgCl + Na2S2O3 Ag2S2O3 + 2NaCl Ag2S2O3 + 2Na2S2O3 Na4[Ag2(S2O3)3] Sulfato Férrico.-La cuprita, Cu2O y la Calcocita, Cu2S, requieren para disolverse completamente una solución ácida del sulfato férrico: Cu2O + H2SO4 CuSO4 + Cu + H2O Cu + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2 FeSO4 Cu2O + H2SO4 + Fe2(SO4)32CuSO4 +H2O +2FeSO4 Cu2S + Fe2(SO4)3 CuS + CuSO4 +2FeSO4 CuS + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2FeSO4 + S Cu2S + 2Fe2(SO4)3 2CuSO4 +4FeSO4 +S Esta última reacción se produce a 35 – 50 ºC. Agua de Cloro.-Se utilizó para lixiviar menas de oro, pero se abandonó al descubrir el proceso de cianuración. ACIDOS: Ácido sulfúrico.-Es el más efectivo con muchas menas, se utiliza, diluido y concentrado e incluso mezclado con ácido fluorhídrico. Es barato y menos corrosivo. Las menas oxidadas son fácilmente solubles en H2SO4 diluido. CuCO3.Cu(OH)2 + 2H2SO4 2CuSO4 +CO2 + 3H2O ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O Las impurezas, tales como óxido de Fe, se disuelven: Fe2O3 + 3 H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3 H2O OTROS ACIDOS, como el HCl y el HNO3,se utilizan en menor proporción. BASES : NaOH.-Se utiliza para disolver Aluminio a partir de la Bauxita HIDROXIDO DE AMONIO.-Se utiliza para extraer metales que forman aminas solubles. La lixiviación con bases presenta las ventajas siguientes: Pocos problemas de corrosión Mayor adecuación para menas carbonatadas Mayor selectividad, puesto que los óxidos de Fe. No son atacados METODOS Y EQUIPOS PARA LIXIVIAR La facilidad de disolución y la riqueza de la Mena, son factores para determinar el método a emplear, los más comunes son: Lixiviación “ In Situ ” Lixiviación en Montón. 3585845324485 Lixiviación en Cuba Lixiviación de pulpas con agitación. - Paletas mecánicas. - Aire comprimido - Agitación mecánica combinado con aire Lixiviación “In Situ”.-El disolvente se vierte en pozos naturales o artificiales. El método se basa en el hecho de que, cuando se tritura la Mena sulfurada de modo que lleguen a ella el aire y el agua, las porciones sulfuradas se descomponen y se forman sulfatos solubles. La gran ventaja del `método se debe a que es muy económico y con él se obtiene cobre de menas completamente inaprovechables hasta ahora. Este método se utiliza para menas de cobre con muy baja ley. La Mena se lixivia durante largos periodos de tiempo. Lixiviación de montón.-La Mena de baja ley se amontona en ella hasta una altura de unos 8 m. En la parte alta del montón se hacen algunos canales de distribución, y sobre ellos se dirige el líquido de lixiviación, que consiste en agua o ácido sulfúrico. Se vierte en la cima y la disolución lixiviada se va recogiendo en la base. Algunas veces se hacen perforaciones verticales, con el objeto de facilitar la circulación del agua y, al mismo tiempo, facilitar la circulación de aire, que ayuda al proceso de lixiviación. Lixiviación en cuba.-El material que se ha de lixiviar, se coloca en un tanque, equipado con un falso fondo provisto de medio filtrante. El disolvente se añade por la boca del tanque y se deja colar por entre el material. Estos tanques se colocan de tal modo que se emplea un sistema de contracorriente, los que contienen menos sólidos, se añaden al último tanque y el líquido más diluido, al primero, y se bombea de un tanque a otro hasta que llega al último tanque, casi saturado. Este procedimiento es adecuado para material poroso y arenoso. Lixiviación de pulpas con agitación.-Se preparan moliendo el material(pulpa de menas, concentrados, calcinados, etc.) con agua, hasta producir el tamaño óptimo. Las densidades de la pulpa varían del 40-70 % de sólido. Se añade el agente lixiviante y se agita la pulpa continuamente. La agitación puede conseguirse mediante: Paletas mecánicas.-Normalmente para tanques pequeños. Aire comprimido.-Son tanques cilíndricos de 12 pies de diámetro y 45 pies de alto, con un fondo cónico, de 60 º, y están hechos de madera o acero recubierto con caucho. Están dotados de un tubo vertical, abierto por ambos extremos. El aire comprimido se introduce por este tubo cuando el tanque se carga con la pulpa, produciendo la circulación de los materiales hacia arriba, por el tubo central, y hacia abajo, por el espacio anular, de manera que los sólidos se mantienen en suspensión. LIXIVIACION DE Cu Hablando de lixiviación de cobre, podemos decir que existen tres tipos de lixiviación : I. Lixiviación en DUMP .-Sulfuros y óxidos de baja ley de operaciones a cielo abierto a gran escala .Puede durar varios años .La operación se realiza sin chancar . II. Lixiviación en Heap .-Mineral oxidado poroso .El ciclo de tratamiento puede durar unos meses Puede estar chancado o sin chancar . Lixiviación VAT .-Mineral oxidado de cobre chancado. El ciclo de tratamiento dura unos días.Todo esto nos da una visión clara , de cuanto mayor es la superficie de tratamiento del mineral, mayor velocidad con respecto al tiempo será su lixiviación .Recientemente , la lixiviación insitu de depósitos de menas ha recibió un énfasis especial y parece ser un área en la cual serán hechos significantes avances en un futuro cercano. Este tipo de operación hidrometalurgia es frecuentemente referida como solución de mina ,Es muy importante considerar la lixiviación en DUMP como parte de la solución de mina desde que las propiedades físicas y químicas son similares a la lixiviación de depósitos fragmentados en el lugar .Mucho de lo que se espera de la extracción insitú puede ser derivado de la experiencia corriente y práctica en lixiviación en DUMP.Virtualmente todos los investigadores están de acuerdo que la lixiviación de fragmentos de menas comprende la penetración de la solución en la estructura de la mina porosa. La cinética comprende difusión de lixiviante en la rica donde la reacción ocurre con partículas de minerales individuales ,la cinética es complicada por el cambio de porosidad ,pH y concentración de soluciones. Parte experimental Parte A: Lixiviación Se pesan 6g de un mineral de cobre tostado. Preparamos una disolución de H2SO4 al 2% de 250ml (será nuestra disolución de lixiviación), luego esta disolución la llevamos a un vaso de precipitados de 500ml. Después le añadimos el mineral de cobre tostado y lo dejamos lixiviar con agitación constante durante 30 min. A temperatura ambiente. 3052445666750 Mientras que la reacción tiene lugar, deberemos de tomar cada cierto tiempo una muestra de la lixiviación de 3 ml. La tomaremos, partiendo del tiempo cero, a los 2, 5, 10 y 30 min. Estas muestras se toman en un tubo de ensayo, y filtrándola previamente con un tubo de pliegues. El filtro de pliegues tiene que ser pequeño, ya que si es muy grande, no se filtraría la gran parte de los 3 ml. De estos 3 ml, cogemos uno, y lo llevamos aun erlenmeyer de 250 ml y lo diluimos hasta, aproximadamente 100 ml. Luego, con un pH metro ajustamos el pH entre 7 y 8. Para ello: Si el pH<2 añadimos con una pipeta pasteur y gota a gota NH4OH, controlando el pH en todo momento hasta que llegue al intervalo deseado. Si el pH>2 lo ajustaremos con una disolución 1M de NH4Cl y 1.5 ml de una disolución de NH4OH (que es un tampón de pH=8). Ph de nuestras muestras: Muestra (min)pH2252,04102,16302,37 En todas nuestras muestras, hemos utilizado la disolución tampón para ajustar el pH. Luego, a cada una de estas disoluciones, se les añade una punta de espátula del indicador murexida. La disolución toma un color amarillo verdoso. Después lo valoramos con EDTA 10-2 M, y en el punto de equivalencia, el indicador virará a rosa-púrpura. Datos de las valoraciones: Muestra (min)EDTA 10-2 M gastado27,7 ml510,8 ml1012,1 ml3015,1 ml Calculamos la concentración de Cu en la disolución de lixiviación en cada uno de los tiempos: M(EDTA)*V(EDTA)=M(Cu)*V(disol deCu) M (EDTA)= 10-2M V (disol Cu)= 100 ml V(EDTA)= tabla de arriba Muestra (min)[Cu] (M)20,07750,108100,121300,151 Parte B: Cementación Cuando hayan transcurrido 30 min, filtramos la reacción de lixiviación sobre un filtro de pliegues y en un erlenmeyer de 250 ml. Después, medimos sobre una probeta de 250 ml, el V de nuestra disolución. Nos da un volumen de 230 ml. Después pasamos la disolución de nuevo al erlenmeyer y le añadimos una punta de espátula de NaCl. Cogemos tres placas de aluminio, las lijamos, limpiamos y pesamos: 2,56g. Lo siguiente es introducir las placas en la disolución y calentar la mezcla hasta que tenga lugar la cementación del cobre. Para identificar este proceso, observaremos un cambio de color: la disolución en principio azul, se pondrá grisácea. Terminado el proceso de cementación, separamos la disolución del precipitado y las placas de aluminio. El Cu cementado y las placas se meten en el horno un día entero para secarlo de manera eficaz. La disolución se desecha. Cuando haya transcurrido un día pesamos el Cu y las placas de Al: Placas de Al 1,72g Cu cementado 2,49g CALCULOS: 1- Comparar el efecto del tiempo de lixiviación en la velocidad de disolución del cobre. 2- Calcular el consumo de chatarra de aluminio por gramo de cobre precipitado. Compararlo con el consumo teórico. Cu teórico: Cu2+ + 3/2 Al Cu + 3/2 Al3+ g (Al)= mol*PM= 1,5*27= 40,5g teóricos de Al g (Cu)= mol*PM= 1*63,55= 63,55 g teóricos de Al Consumo de Al por g de Cu: 40,55g/63,55g= 0,64 g de Al/Cu teóricos Cu experimental: Cu pesado= 2,49 g Al inicial pesado= 2,56g Al final pesado= 1,72 g Al reaccionado= 0,84g Consumo de Al por g de Cu: 0,84/2,49= 0,34g de Al/Cu Si los comparamos vemos que el consumo de Al por g de Cu cementado práctico es casi la mitad del que, en teoría, nos tendría q salir. Esto es debido a que existen reacciones secundarias del Cu con el hidrógeno. 3- Calcular el porcentaje de Cu recuperado por cementación de la solución de lixiviación. Calculo los g de Cu que debería de haber obtenido. En 230 ml tengo una concentración de Cu del 0,151 M. M=mol/V mol= M*V; mol= g/PM g=M*V*PM= 0,151*0,23*63,55 g de Cu teóricos= 2,21g g de Cu obtenidos= 2,49g Los g de Cu obtenidos son mayores que los teóricos. Si hacemos el porcentaje nos dará un valor de más de un 100% de rendimiento. Esto no puede ser, ya que es imposible que obtengamos más producto del teórico. La explicación a este fenómeno, es que nos han precipitado otras impurezas que no son el Cu, y nos han aumentado la masa del Cu obtenido, dándonos dicho valor erróneo. 4- Calcular el potencial de la celda durante el proceso de cementación justificando la espontaneidad de la reacción. Cu2+ + 2 e- Cu Eo= 0,34V 2/n M 2/n Mn+ + 2e- Eo= 1,67 V Cu2+ + 2/n M Cu + 2/n Mn+ Eo= 2,01 V ∆G= -nFEo Donde: n= número de e- q se intercambian F= 96500 C/mol Eo= 2,01 V Si lo aplicamos vemos que tanto F como Eo y n son positivos, por lo que el ∆G nos dará menos que cero. Esto nos indica que la reacción es espontánea. 5- Establecer el diagrama de flujo del proceso y comentarlo brevemente. Preparación de la mena Lo hacemos mediante un proceso químico: la tostación. Lixiviación Disolvemos el metal en un agente lixiviante, en este caso, el agente que utilizamos es una disolución de H2SO4 al 2%. Purificación Hemos utilizado la cementación Precipitación Este paso va ligado al anterior, obtenemos el metal en estado sólido Metal Después del paso anterior, filtramos el metal, lo secamos y lo pesamos, y ya obtenemos el metal deseado, en nuestro caso el Cu CONCLUSIONES La velocidad de disolución de cobre está limitada por la difusión del ion cúprico a través de la capa de residuo de la lixiviación desde la zona de reacción hacia la solución, tanto para soluciones diluidas como concentradas. La velocidad de disolución de cobre es mayor en soluciones diluidas que en soluciones concentradas dado que el coeficiente de difusión del ion cuprico disminuye en un 60 % al utilizar soluciones concentradas. La velocidad de disolución de cobre es independiente de la concentración de ácido sulfúrico en el rango de 15 a 30 [gr/lt]. El consumo de ácido por cobre producido aumenta al aumentar la concentración de ácido en solución sin aumentar la velocidad de disolución del cobre ni su recuperación. Basado en este resultado debería existir una concentración de ácido menor a 15 [gr/lt] que mantenga la velocidad de disolución de cobre minimizando el consumo de ácido. Debido a lo anterior es necesario efectuar pruebas adicionales de lixiviación con menor cantidad de ácido para asi poder encontrar el óptimo en el consumo de ácido por cobre producido.