Introduccion a La Geometalurgia 2014 - Clase 1

03/09/2014

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I. Yacimientos de Cu

• Mercado del cobre

• Yacimientos Tipo Pórfido

• Yacimientos Enriquecimiento

Secundario o supérgeno

• Yacimientos Exóticos

II. Lixiviación en Pila

• Hidrometalurgia

• Lixiviación

• Lixiviación en pilas

• Extracción por solventes

• Electroobtención

Unidad I. Geo-Hidrometalurgia

CUPRITA

TENORITA

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CALCOSINA

COVELINA

BORNITA CU°

Cu ++

CALCOSINACALCOPIRITA

pH

0

1,23

Eh

[Volt]

Zona lixiviada

Zona oxidada

Zona de

enriquecimiento

Zona hipógena

goethita

hematita

jarosita

atacamita

brochantita

crisocola

Calcosina

Covelina

calcopirita

molibdenita

pirita

nivel freatico

Superficie presente0 1 2 3

Cu

Cu

Cu

Contenido de metal %

Fe

Fe

Fe

Conceptos

Geometalurgia

Disciplina que relaciona la mineralogía, planificación minera y los procesos de la metalurgia extractiva.

Geometalurgista

Conector entre el geólogo de exploración, geólogo de mina, geólogo de planificación, geólogo de

producción, ingeniero de minas, ingeniero químico y metalurgista de procesos.

Visión geometalúrgica

Integración de conceptos mineralógicos y entendimiento de sus respuestas frente al proceso parcial o global

de beneficio (Mine toMill y Mine to Leach).

Introducción a la Geometalurgia

Conceptos

GeologíaYacimiento, alteración, litología, ocurrencia, textura.

MineralogíaMinerales de mena, arcillas, asociación, ganga, ganga reactiva, grado de liberación.

QuímicaContaminantes, leyes, elementos solubles, elementos insolubles, limites de detección, CIC.

MecánicaGeomecánica, dureza, porosidad, disgregación, chancabilidad.

HidráulicaConductividad hidráulica, Permeabilidad, humedad dinámica.

MetalúrgicaFlowsheet, lixiviación, cinéticas de reacción, recuperación, contaminantes.

Introducción a la Geometalurgia

Minerales de Cu

Sulfurados

Chancado

Molienda

Flotación

Secado

Fusión

Conversión

Piro refinación

Moldeo de ánodos

Electro refinación

Oxidados ó mixtos

Chancado

Aglomeración

Curado Acido

Lixiviación acida

Extracción por solventes

Electro obtención

Concentrado

Mercado del Cobre

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Mineralización hipógena o primaria de los pórfidos

Calcosina Cu2S 79.8% Cu

Bornita Cu5FeS4 63.3% Cu

Enargita Cu3AsS4 48.4% Cu 19,0% As

Tenantita (Cu,Fe)12As4S13 47.5% Cu 20,4% As

Tetrahedrita (Cu,Fe)12Sb4S13 34.8% Cu 29,6% Sb

Calcopirita CuFeS2 34.6% Cu

Pirita FeS2 0% Cu

Magnetita Fe3O4 0% Cu

Hematita Fe2O3 0% Cu

Molibdenita MoS2 59.9% Mo

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Yacimientos de Cobre

Zonas de alteración y minerales asociados

• Zona silícea: en el núcleo, cuarzo, magnetita

• Zona potásica: condiciones casi magmáticas en el centro con biotita, ortoclasa, cuarzo, anhidrita y

magnetita; metasomatismo fuerte.

• Zona fílica: en torno y sobreimpuesta a zona potásica con cuarzo, sericita y pirita hasta 20% en volumen.

• Zona propilítica: siempre presente en la periferia con clorita, epidota y calcita.

• Zona cálcico-sódica: profunda con actinolita, albita, epidota.

• Zona argílica: variable en intensidad, caolinita, montmorillonita, clorita, pirita.

• Zona argílica avanzada: tardía y en la porción más somera con caolinita, alunita, pirofilita, cuarzo


Proceso de Alteración Supergena

Proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena, en las condiciones oxidantes en las cercanías de la

superficie.

• Sobre el nivel de aguas subterráneas

• Circulación descendente de soluciones supérgenas

• Descomposición de la pirita (ecuación de Stokes, 1907)

5FeS2 + 14Cu+2 + 14SO4-2 + 12H2O 7Cu2S + 5Fe+2 + 24H+ + 17SO4

-2

• El acido contribuye a la disolución de los sulfuros hipógenos

• Hidrólisis de minerales silicatados (alteración supérgena)

• Formación de sulfatos solubles de metales (Cu, Mo, Zn y Ag)

• Neutralización de acido bajo nivel freático

• La calcosina incrementa las leyes de Cu


Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario

• Formados desde mineralización hipógena a través de episodios de:

- Erosión

- Exhumación

- Meteorización

• Perfil típico de un yacimiento de este tipo

- Zona lixiviada

- Zona oxidada

- Zona de enriquecimiento

- Hipógeno o primario


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Depósito de cobre con enriquecimiento secundario. Modificado de Solution Mining. Bartlett, R. 1992.

Zona lixiviada

Zona oxidada

Zona de

enriquecimiento

Zona hipógena

goethita

hematita

jarosita

atacamita

brochantita

crisocola

Calcosina

Covelina

calcopirita

molibdenita

pirita

nivel freatico


Cu

Cu

Cu


Fe

Fe

Fe

Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario


Mineralización supergena o secundaria

Cu nativo Cu 100% Cu

Cuprita Cu2O 88,8% Cu

Calcosina Cu2S 79,8% Cu

Digenita Cu9S5 78,10% Cu

Anilita Cu7S4 77,62% Cu

Djurleita Cu31S16 70,34% Cu

Covelina CuS 66,4% Cu

Atacamita Cu2Cl(OH)3 59,5 % Cu

Brochantita Cu4(SO4)(OH)6 56,2 % Cu

Crisocola CuO⋅SiO2⋅H2O 33,9 % Cu

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Yacimientos exóticos

Fases precipitadas desde el transporte lateral de soluciones ácidas provenientes de yacimientos

supérgenos, así mismo y existiendo la presencia de aniones (cloruros, sulfatos, fosfatos) y condiciones de Eh

y pH favorables (carbonatos), se da lugar a mineralización de Cu.

CUPRITA

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CALCOSINA

COVELINA

BORNITA CU°

Cu ++


pH

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1,23

Eh

[Volt]

Diagrama Eh-pH, sistema Cu-S-H2O, Tomado de Hidrometalurgia, E. Domic, 2001.


Depósito de mineralización exótica. Modificado de Curso de Metalogénesis. M. Pincheira. 2007.

Crisocola, atacamita, brocantita, chalc

antita, cobres negros, arcillas con

cobre, etc.

Enriquecimiento

secundario

Deposito de

óxidosGravas

mineralizadas

Yacimientos exóticos

Debido a la intensa interacción de soluciones acidas y gravas, existe también generación de zonas de

alteraciones argilicas, originando la presencia de arcillas del tipo caoliniticas y esmectiticas.


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Mineralización exótica

Tenorita CuO 79,9 % Cu

Paramelaconita Cu+2Cu++2O3 79,9 % Cu

Pseudomalaquita Cu5(PO4)2(OH)4 60,6 % Cu

Atacamita Cu2Cl(OH)3 59,5 % Cu

Malaquita Cu2(CO3)(OH)2 57,5 % Cu

Brochantita Cu4(SO4)(OH)6 56,2 % Cu

Antlerita Cu3(SO4)(OH)4 53,7 % Cu

Sampleita NaCaCu5(PO4)4Cl⋅5(H2O) 34.8 % Cu

Crisocola CuO⋅SiO2⋅H2O 33,9 % Cu

Chalcantita CuSO4⋅5(H2O) 25,5 % Cu

Kronquita Na2Cu(SO4)2⋅2(H2O) 18,8 % Cu

Turqueza CuAl6(PO4)4(OH)8⋅4(H2O) 7.8 % Cu

Cobres negros Cu-Fe-Mn-Al-SIO2 ?? % Cu

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Resumen de mineralogías mas importantes

Menas sulfuradas

Sulfuros primarios o hipógenos : Calcopirita, bornita, calcosina, molibdenita (Mo)

Sulfuros secundarios o supérgenos: Calcosina, covelina, digenita

Menas oxidadas

Óxidos supérgenos: Crisocola, atacamita, brocantita

Óxidos exóticos: Crisocola, malaquita, brocantita, azurita, cobres negros

Ganga

Minerales: Cuarzo, biotita, sericita, anhidrita, turmalina, calcita, magnetita, pirita, etc.

Arcillas: Esmectitas, caolin, illitas, cloritas


I. Yacimientos de Cu

• Mercado del cobre

• Yacimientos Tipo Pórfido

• Yacimientos Enriquecimiento

Secundario

• Yacimientos Exóticos

II. Lixiviación en Pila

• Hidrometalurgia

• Lixiviación

• Lixiviación en pilas

• Extracción por solventes

• Electroobtención

Unidad I. Geo-Hidrometalurgia

CUPRITA

TENORITA

CH

ALC

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RIT

A

BRO

CH

AN

TIT

A

MALA

QU

ITA

CALCOSINA

COVELINA

BORNITA CU°

Cu ++


pH

0

1,23

Eh

[Volt]

Zona lixiviada

Zona oxidada

Zona de

enriquecimiento

Zona hipógena

goethita

hematita

jarosita

atacamita

brochantita

crisocola

Calcosina

Covelina

calcopirita

molibdenita

pirita

nivel freatico


Cu

Cu

Cu


Fe

Fe

Fe

Introducción

Hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando

soluciones acuosas u orgánicas.

Temperatura: 25 a 250°C 298 a 523 K

Presiones: vacio a 5000 (Kpa) 725 (PSI) 50 (atm)

Variedad de técnicas y combinaciones para separar metales una vez que han sido disueltos a la forma de

iones en solución acuosa.

• Gran desarrollo en la últimas décadas

• Rango de aplicación

• Siempre creciente demanda de metales

• Agotamiento de los yacimientos (nuevas fuentes de metal, menas pobres y complejas)

Hidrometalurgia

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Introducción

Recursos denominados secundarios, que incluyen materiales complejos descartados de los procesos

pirometalúrgicos como:

• Escorias

• Polvos

• Ejes sulfurados

• Chatarras complejas

• Licores ácidos

• Barros

•Otros desechos

Hidrometalurgia

Procesos Hidrometalúrgicos

Ventajas

• Favorables a escalas pequeñas, en comparación a la pirometalurgia

• Para el tratamiento de menas complejas y producción subproducto.

• Menor mano de obra que la pirometalurgia

• Tratamiento de menas de baja ley (in situ)

• Gran capacidad de eficiencia energética (ROM baja ley, temperatura)

• Procesos alternativo en algunos casos a la pirometalurgia

• Alta capacidad de movilización de los productos procesados (soluciones)

Hidrometalurgia


Desventajas

• Si la ley del recurso es alta, al igual que su volumen, es económicamente deficiente en comparación ala

pirometalurgia.

• Alto consumo de insumos, combustibles y energía eléctrica, en comparación a la pirometalurgia (Ej.: Rx.

Exotérmicas)

• La ingeniería de una planta hidrometalurgia

• Los procesos hidrometalúrgicos pueden generar cantidades significativas

de efluentes líquidos y sólidos como descarte.

Hidrometalurgia


Etapas

1. Preparación de la mena

2. Lixiviación

• Reactivos de lixiviación

• Tipos de reacciones

- Procesos físicos

- Procesos químicos

- Procesos electroquímicos

- Procesos electrolíticos

3. Purificación de soluciones y precipitación de metal

Hidrometalurgia

Kydros, K.A., Matis, K.A. and Sphatis, P.K. The Use of Nitrogen in Flotation, in Flotation Science and Engineering (Ed. K.A. Matis), Marcel Dekker, New York, 473-491, 1995.

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Preparación de la mena

Procesos físicos Procesos químicos

• Chancado y molienda • Tostación (cambio mineral, ej.: As)

• Flotación • Otros

• Gravitacionales

• Electromagnetismo

• Separación sólido-líquido

Hidrometalurgia


Lixiviación

Disolución selectiva de los constituyentes de interés de la mena o concentrado para obtener una solución

acuosa conteniendo el metal valioso y un residuo insoluble conteniendo el material sin valor.

• Separación sólido-líquido

• Precipitación

La lixiviación es fundamentalmente un proceso de trasferencia de masa sólido-líquido.

• Condiciones ambientales (temp. y presión)

• Temperaturas elevadas

• Presión

Hidrometalurgia


Reactivos

• Agua (solubles, ej.: chalcantita)

• Ácidos: acido sulfúrico, acido clorhídrico, acido nítrico

• Bases: cal, hidróxido de sodio, hidróxido de amonio

• Agentes acomplejantes: amoniaco, sales de cianuro, sales de cloruros, sales de carbonatos

• Agentes oxidantes: oxigeno, sales férricas, peróxido de sodio, peróxido de

hidrogeno, permanganato, dióxido de manganeso

• Agentes reductores: monóxido de carbono (gas), dióxido de azufre (gas), hidrogeno (gas)

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila

En Chile, principal productor de Cu a nivel mundial, aproximadamente un tercio de esta producción (1,7

Mtpa Cu fino) es generada a través de los procesos de Heap y/o Dump Leaching, donde la mineralización

predominante de alimentación para estos procesos es proporcionada por yacimientos del tipo supergénicos

y exóticos.

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Zambia

México

Perú

Estados Unidos

Chile

Participación

Mundial

SX-EW

Hidrometalurgia

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• Reacciones en medio acuoso : medio sulfúrico, medio cloruro.

• Cinéticas de disolución de los minerales: óxidos, secundarios, primarios.

CUPRITA

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UIT

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CALCOSINA

COVELINA

BORNITA CU°

Cu ++


pH

0

1,23

Eh

[Volt]

Diagrama de Pourbaix, sistema Cu-S-H2O,

Modificado de Hidrometalurgia, E. Domic. 2001.

Mineral Cinética

Atacamita Horas a díasCrisocolaNeotocitaTenoritaMalaquitaAzuritaBrocantita

Cobre nativo Días a mesesCalcocita

Bornita AñosCovelinaEnargitaCalcopirita

H.R. Watling. Hydrometallurgy 84 (2006)

81–108

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila

El proceso de lixiviación en pila permite la disolución del mineral para recuperar el metal de interés como

una solución rica. La reducción de tamaño, aglomeración, curado ácido, la técnica de apilamiento y la

percolación de la solución lixiviante, son los factores determinantes en la eficiencia del proceso.

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Chancado

El primer paso en el acondicionamiento del mineral es la reducción de tamaño; esta consiste en la trituración

de la roca proveniente de la mina o mineral de cabeza, mediante el uso de un circuito de chancado, con el fin

de generar una distribución granulométrica adecuada para maximizar la interacción con la solución lixiviante

y minimizar la generación de finos, provocando una mayor recuperación del metal. Además esta

granulometría debe permitir una permeabilidad mínima suficiente para evitar inundaciones.

Feed Bin

AlimentadorVibrat

orio

Grizzly

Chancador Primario

Mandibula

Chancador Secundario

Conico

Chancador Terciario

Conico

Vibrating Screen

Stock Pile Mineral

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Chancado

Primario Secundario - Terciario

http://www.break-day.com/ver3.0/how/3.htmhttp://www.yifancrusher.com/Jaw-Crusher.html

Hidrometalurgia

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Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado

El mineral chancado es aglomerado normalmente en tambores rotatorios, los cuales giran a una velocidad de

5 a 10 rpm y poseen una inclinación variable, la cual permite aumentar el flujo de mineral. Dentro de estos

tambores, el mineral es expuesto a una “ducha” de ácido sulfúrico concentrado, comúnmente al 95 %; con

esto se logra la aglomeración de los finos producidos en la etapa de chancado. Estos finos se adhieren a las

partículas más grandes formando glómeros, los cuales evitan que se produzcan arrastres de finos producto

de la normal estratificación en la pila durante el riego posterior de éstas. En algunos casos es común la

incorporación de aditivos que favorezcan las características de los glómeros.

Tambor Aglomerador

Alimentadores Vibratorios

Pila

Hidrometalurgia


La adición de ácido sulfúrico en los aglomeradores, provoca un ataque químico intenso denominado curado

ácido. Este proceso genera la sulfatación de los minerales oxidados y de algunos sulfuros de cobre expuestos

al contacto con el ácido. El curado ácido es una práctica común en las plantas hidrometalúrgicas, ya que

diminuye el tiempo de lixiviación, aumenta la temperatura de la pila favoreciendo la cinética de las

reacciones, aumenta la concentración de la solución rica (PLS), disminuye la cantidad de agente lixiviante

utilizado en el riego y aumenta la recuperación.

Hidrometalurgia


Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion

Antes del apilamiento se debe preparar el suelo donde será construida la pila, mediante la instalación de

membranas impermeables, las cuales permitirán la recolección del PLS hacia los costados, con una pendiente

que permita el escurrimiento. Las membranas están fabricadas de polietileno de alta densidad (HDPE). El

apilamiento se realiza mediante correas apiladoras, las cuales distribuyen en forma homogénea el mineral.

La altura de las pilas puede variar de 2,5 a 15 metros, dependiendo de la estabilidad del talud generado por

las características del mineral.

Overland Conveyor

Sistema Apilamiento Laurel

Tambor Aglomerador

Alimentadores Vibratorios

Pila

Hidrometalurgia

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Hidrometalurgia


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Hidrometalurgia


La lixiviación propiamente tal comienza cuando el mineral es regado con la solución ácida, generalmente de

ácido sulfúrico o refino proveniente de la planta de SX, el cual ha sido acondicionado para el riego. Las pilas

son regadas mediante goteros y/o aspersores con tasas de riego comunes que varían de 3 a 40 lt/hr*m2. En

el caso de minerales oxidados el riego normalmente es continuo, sin embargo cuando se trata de minerales

sulfurados o mixtos se acostumbra un riego cíclico de manera de permitir una aireación y reposo de la pila en

el caso del uso de bacterias.

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviación

Hidrometalurgia

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Lixiviación en Pila - Extracción por solventes (SX)

Hidrometalurgia

6 gpl Cu

50 gpl Cu35 gpl Cu

0,5 gpl Cu

10 gpl Cu

6 gpl Cu

2 gpl Cu 4 gpl Cu

Lixiviación en Pila - Electroobtención (EW)

Anodo: H2O 2H+ + ½ O2 + 2e E°= -1,23 V (descomposición agua)

Cátodo: Cu2+ +2 e Cu° E°=0,34 V (precipitación de Cu)

Global: 2H2O + Cu2+ O2 + Cu + 2H+ E°= - 0,89 V (real 2 V)

El electrolito

• 30 – 50 g/l de Cu2+

• 130 a 160 g/l de H2SO4

• 40 °C

• 250 a 300 A/m2

45 – 55 Kg, 6 – 7 días

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Electroobtención (EW)

Hidrometalurgia

Introduccion a La Geometalurgia 2014 - Clase 1

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