Fundamentos de la lixiviación del Cobre Departamento de Ingeniería Metalúrgica Lixiviación In...

Fundamentos de la lixiviación del Cobre

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Lixiviación

In situ – Botaderos

Pilas – Bateas

Agitación

Solución Rica [ PLS]

Secundarias Desechos de procesos – chatarra metálica – Basura doméstica – Efluentes de plantas.

Agentes Lixiviantes

Ácidos Inorgánicos H2SO4 – HCl –

HNO3

BASES NH4OH

Agentes Oxidantes Fe3+ - O2

Agentes Acomplejantes CN- - Cl- - NH3

Materias primas

Primarias Menas extraídas de yacimiento

c) Lixiviación ácida - oxidante0

22

22 SO2H2Cu4HOSCu

d) Lixiviación ácida – oxidante - acomplejante 0

222 2SFeCl4CuCl3CuClCuFeS

a) Lixiviación con agua

24

24 SOCuCuSO

OHCuHCuO 222

b) Lixiviación ácida



e) Lixiviación alcalina

242 OHCuOH2OHCuO

f) Lixiviación alcalina - acomplejante

OHHSCN2CuOH6CNSCu 2322

g) Lixiviación alcalina – oxidante - acomplejante

OnHOFeSONH2NH2CuHn212NHO217

2CuFeS 232442

432322




Antecedentes Termodinámicos

La gran mayoría de las reacciones de interés en

hidrometalurgia, son heterogéneas. Los procesos en

que ellas intervienen están relacionados con un ajuste

de condiciones de modo de crear la inestabilidad de un

sólido respecto a una solución (como ocurre en

lixiviación) o la inestabilidad de la solución respecto del

metal (como sucede en la precipitación). Estas

inestabilidades pueden lograrse al adicionar un reactivo

o aplicando un potencial.

Las representaciones gráficas de las propiedades

termodinámicas de un sistema son de gran utilidad pues

permiten visualizar, de una manera global, los campos

de estabilidad de elementos y compuestos en base a las

propiedades más importantes para un sistema dado.

La mayoría de las reacciones en hidrometalurgia pueden

ser escritas de manera de mostrar la extensión en que

ellas ocurren, o pueden ocurrir, dependiendo del pH de

la solución, potencial de oxidación y de las actividades

de los materiales reaccionantes.



Diagrama Tensión – pH

Los diagramas tensión – pH, o diagramas de POURBAIX

son diagramas de equilibrio termodinámico construidos

en base a la formulación de todas las reacciones

posibles para un sistema dado en función de dos

variables independientes, La tensión o potencial y el

pH.



eOxRed 22

11 RedeOx

2112 OxRedOxRed [1]



Como además la reacción es de oxidorreducción, la fuerza

electromotríz de la unidad de electrólisis define una cierta

cantidad de energía eléctrica

E = Fuerza electromotriz

q = Cantidad de carga por mol de sustancia transferida

EqW Fnq con

KLnTRGG 0 21

21

Re

Re

daOxa

OxadaK

[2]



De tal manera, que para una reacción redox, la energía

química se relaciona con la energía eléctrica según:

sí [2] se combina con [3] y [4] y si se despeja E, se

obtiene la forma exacta de la ecuación de Nernst

EFnG [3]

para condiciones estándar 00 EFnG [4]

[5] 21

210

Re

Re

daOxa

OxadaLn

nF

RTEE




Reemplazando los valores de las constantes físicas R =

8,3144 Jmol-1 [1,987 calmol-1K-1] y F = 96,485 Cmol-1

[23062 calmol-1V-1], utilizando logaritmos decimales en

vez de neperianos y 25°C de temeperatura, la ecuación de

Nernst se convierte en: 21

210

RedaOxaOxaReda

Logn

0,059159ΔEΔE [6

]

La ecuación de Nernst que se utiliza comúnmente tiene dos

aproximaciones. Primero, se utilizan molaridades para las

sustancias solubles y presiones parciales expresadas en

atmósferas para los gases. Segundo, el valor 0,059159 se

aproxima a 0,059




QLogn

0,059ΔEΔE 0 [7]

E: Potencial de la celda en condiciones de trabajo

E0: Potencial estándar que se calcula a partir de los potenciales estándar de las semireacciones

n: Número de electrones intercambiados en la reacción

Q: Cantidad que se obtiene al sustituir las concentraciones de trabajo en la expresión de la constante de equilibrio.



RedenOx OxRed

Logn

0,059EE 0 [8

]

RedenHaOx

pHn0,059a

EE 0 [9]



Límites de estabilidad del agua en condiciones de:

O2He44HO 22

2log015,0059,0229,1E OPpH [10

]

2He2H2

2log0295,00591,0E HPpH [11

]

Oxidación

Reducción



Elemento Oxidante: Es aquel elemento que agregado a

una solución, eleva el potencial oxidación – reducción. El

elemento oxidante se reduce (capta electrones) y el otro

se oxida (pierde electrones).

Por Ejemplo: 2230 2FeCu2FeCu

e2CuCu 20 Pierde electrones, se oxida

23 Fe222Fe e Gana electrones, se reduce



Elemento Reductor: Es aquel elemento que agregado a

una solución, baja o disminuye el potencial oxidación –

reducción. El elemento reductor se oxida (cede

electrones) y el otro se reduce (capta electrones).

Por Ejemplo: 2HCuHCu 02

2

02 Cue2Cu Capta electrones, se reduce

e22HH2 Cede electrones, se oxida



Los sulfuros de cobre pueden ser lixiviados, ya que

termodinámicamente se dan las condiciones para que

esto ocurra:0223 S2FeCu2FeCuS

02 Se2CuCuS oxidación

23 2Fee22Fe reducción



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