Lixiviación. Operaciones preparatorias - webs.ucm. · PDF fileIn situ Estanques...

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  • Lixiviacin. Operaciones preparatorias

    1. Fsicas: Trituracin y molienda 2. Qumicas

    a. Tostacin oxidante. Ejemplo: minerales sulfurados de cinc

    b. Tostacin sulfatante. Ejemplo: minerales sulfurados de cobre

    c. Tostacin clorurante. Ejemplo: minerales de plata

    d. Tostacin de menas refractarias. Ejemplo: minerales de oro y plata

    e. Calcinacin en medio alcalino. Ejemplo: minerales de aluminio

    f. Calcinacin reductora. Ejemplo: Lateritas de nquel

  • Lixiviacin in situ: yacimiento subterrneo

    Lixiviacin in situ: mina antigua explotada

  • Lixiviacin esttica en vertedero

    Lixiviacin esttica en montones

  • Parmetros de funcionamiento de dos operaciones de lixiviacin heap sobre minerales de cobre

    Magma Copper Co.

    San Manuel, AZ, EE UU

    Chino Mines Co. Santa Rita, NM,

    EE UU Composicin del mineral % de Cu soluble

    Crisocola 0,45

    Calcosina 0,3

    Tamao del mineral Todo uno

    90% - 10 cm

    60% - 15 cm

    Detalles del montn Base Polietileno de alta

    densidad Suelo o arcilla

    Altura de mdulo, m 3 9 No. mximo de mdulos 25 rea por montn, m2 12.000 30.000 rea total bajo lixiviacin, m2 200.000 400.000 Vel. de construccin, t.da-1 27.000 100.000 Detalles de la disolucin Flujo total lixiviante, m3.min-1 60 50 H2SO4 en lixiviante, kg.m-3 15 7 Cu en lixiviante, kg.m-3 0,1 1 Fe2+ en lixiviante, kg.m-3 0,25 Fe3+ en lixiviante, kg.m-3 2,25 1,6 H2SO4 en sol. frtil, kg.m-3 8-10 3-4 Cu en sol. frtil, kg.m-3 1,5-2 2-4 Detalles de la lixiviacin Caudal de riego, m3/m2/da 0,4 0,1-0,3 Tiempo de lixiviacin, meses 1,3 4 Programa de lixiviacin Lixiv. con H2SO4

    fuerte Maduracin de 4 das

    Lixiv. con H2SO4 fuerte

    Maduracin de 3 dasLixiviacin con

    refinado

    Consumo total de H2SO4 1,7 t/t ctodo de Cu

  • Lixiviacin en estanques

    Reactor agitado de lixiviacin y agitadores de hlice y paleta plana

  • Autoclave para la lixiviacin a presin

    Reactor Pachuca de lixiviacin

  • Comparacin de los distintos mtodos de lixiviacin aplicados al tratamiento de las distintas materias primas del cobre

    Mtodo de lixiviacin

    Montones Heap

    Montones Dump

    In situ Estanques Agitacin

    Mineralizacin Sulfuros secundarios

    Esencialmente calcopirita

    Todos Minerales oxidados

    Minerales oxidados

    % Cu en el mineral

    0,2 - 1 menos de 0,2 ms de 0,5 1 - 2 20 - 40 (concentrados)

    H2SO4 en lixiviante

    (g.L-1)

    5 - 15 30 pH2 50 50 - 100

    Cu en disolucin frtil

    (g.L-1)

    1 - 5 0,2 5 20 - 40 30 - 50

    Tiempo de lixiviacin

    Desde varios meses a

    varios aos

    Hasta dcadas Hasta dcadas

    5 - 10 das 2 - 5 horas

    Tamao representativo de la operacin

    Mdulos de 3 a 9 m, 105-106

    m2 de superficie total de

    lixiviacin

    105-106 m2Montones de hasta 100 m

    200 m3 de lixiviante por

    hora

    6 - 12 estanques

    500 t de concentrado

    por da

    Cu lixiviado (t.da-1)

    10 - 200 20 20 50 100-200

    Produccin mundial de Cu

    a travs del mtodo (t/ao)

    0,7.106 0,05.106 0,05.106 0,05.106 0,2.106

  • Bauxitas: Gibbsita [Al(OH)3], Diaspora [AlO(OH)], Bohmita [AlO(OH)]

    ( )

    ( )( )

    2 23

    2 2

    2 2 3

    2

    2

    Al OH NaOH NaAlO H O

    AlO OH NaOH NaAlO H O

    NaAlO H O Al OH NaOH

    + +

    + +

    + +

    Proceso Bayer para la obtencin de almina

  • Mecanismo electroqumico de lixiviacin de sulfuros

    Caractersticas

    1. El slido es un semiconductor 2. Se produce una transferencia electrnica entre el slido y las especies qumicas en

    disolucin 3. La disolucin del slido y la transferencia electrnica ocurre en lugares distintos de

    aquel 4. Las reacciones redox ocurren simultneamente pero con un mecanismo cintico

    distinto 5. La velocidad de disolucin es una funcin compleja de la concentracin de los

    reactantes 6. La cintica de las reacciones est influenciada por la estructura cristalina del slido y

    por defectos en su red: a. Impurezas en solucin slida b. Presencia de distintas fases minerales (pares galvnicos) c. Distintos iones en disolucin

  • Orbitales atmicos y moleculares del ZnS

    Esquema de distribucin de bandas en el ZnS

  • Niveles energticos en el ZnS puro y contaminado con hierro

  • Disolucin de la esfalerita por formacin de un par galvnico con la pirita

    Potenciales de reposo de distintos sulfuros a pH 4

    Mineral Potencial de reposo

    (V)

    Pirita +0,66

    Marcasita +0,63

    Calcopirita +0,56

    Esfalerita +0,46

    Covelita +0,45

    Bornita +0,42

    Galena +0,40

    Argentita +0,28

    Estibnita +0,12

    Molibdenita +0,11

  • Accin cataltica de iones

    2 22 2 sup

    3 22 sup

    4 2

    2 2 2

    CuFeS Ag Ag S Cu Fe

    Ag S Fe Ag Fe S 0

    + + +

    + + +

    + + +

    + + +

    Condiciones

    1. Los iones deben activar al cristal del sulfuro fijndose en la superficie de ste y liberando iones formadores del slido inicial

    2. El catalizador debe formar un par que participe en el mecanismo electroqumico de disolucin del sulfuro

    3. El catalizador debe aumentar la rugosidad de la superficie (reas catdicas) y, por tanto, la velocidad del proceso

  • Potenciales redox de reactivos oxidantes

    Procesos de lixiviacin oxidante

    Sistema Reaccin catdica Procesos que utilizan directamente oxgeno Lixiviacin cianurante de Au y Ag Lixiviacin de Cu y sus chatarras Lixiviacin in situ de minerales de U Lixiviacin a presin de minerales de U Lixiviacin a presin de minerales sulfurados

    2 22 4 4O H O e OH + +

    Procesos que utilizan sales frricas Lixiviacin con sulfato frrico de minerales de U Lixiviacin con cloruro frrico Lixiviacin bacteriana Lixiviacin electrooxidante

    3 21Fe e Fe+ ++

    Procesos que utilizan directamente la oxidacin andica Normalmente, deposicin de un metal Procesos que utilizan cloruro cprico 2 1Cu e Cu+ ++ Procesos que utilizan cloro

    2 2 2Cl e Cl +

  • Lixiviacin oxidante. Ejemplos de aplicacin industrial

    Lixiviacin de minerales de oro y plata Proceso andico: ( )24 8 4 4Au CN Au CN e

    + +

    Proceso catdico: 2 22 4 4O H O e OH + +

    Proceso global: ( )2 2 24 8 2 4 4Au CN O H O Au CN OH

    + + + + Lixiviacin de minerales de uranio con ganga bsica

    Proceso andico:

    ( )

    2 3 2 3

    2 3 2 3 2

    422 3 3 2 3 3

    1

    1

    2

    UO HCO UO HCO e

    UO HCO OH UO CO H O e

    UO CO CO UO CO

    + +

    + + +

    +

    Proceso catdico: 2 22 4 4O H O e OH + +

    Proceso global: ( ) 422 3 3 2 2 3 32 2 4 2 2UO HCO CO O UO CO OH

    + + + +

    Lixiviacin de minerales de uranio con ganga cida Proceso andico: 22 2 2UO UO e

    + + Proceso catdico: 3 21Fe e Fe+ ++ Proceso global: 3 22 22 2UO Fe UO Fe

    2+ + ++ + Regeneracin del hierro frrico: 2 2 32 2 4 4 22 2 2 2Fe MnO H SO Mn Fe SO H O

    + + ++ + + + +2 2

  • Microorganismos con capacidad biolixiviadora

    Microorganismo Morfologa Temperatura ptima ( C)

    Fuente de energa

    Mesfilos

    Acidithiobacillus ferrooxidans Cilndrica 25-40 Fe/ S Acidithiobacillus thiooxidans Cilndrica 25-40 S Leptospirillum ferrooxidans Cilndrica

    curvada 30-40 Fe

    Ferroplasma sp. Irregular 35-40 Fe Termfilos moderados

    Sulfobacillus thermosulphidoooxidans

    Cilndrica (forma esporas)

    50 Fe/ S

    Acidithiobacillus caldus Cilndrica 45 S Acidimicrobium ferrooxidans Cilndrica 45-50 Fe / S?

    Termfilos extremos

    Sulfolobus metallicus Redonda irregular 60-70 Fe/ S Metallosphaera sedula Redonda irregular 65-75 Fe/ S Acidianus brierleyi Redonda irregular 70 Fe/ S

  • Mecanismos directo e indirecto de biolixiviacin

    Mecanismo directo

    ++ ++ ++ HSOMOHOMS bacteria 223 2

    42

    22

    ++ ++ ++ HSOFeOHOFeS bacteria 2227 2

    42

    222

  • Mecanismo indirecto

    +++ +++ 223 22 FeSMFeMS

    +++ ++++ 242

    23

    2 21615814 SOHFeOHFeFeS

    OHFeHOFe bacterias 23

    22 22

    212 + ++ +++ )

    + + ++ 2422 22

    3 SOHOHOS bacterias

    Mecanismodel tiosulfato

    Mecanismodel polisulfuro

    Fe3+ Fe3+

    Fe2+ Fe2+

    MS MSAf, Lf

    Af, At

    Af, Lf

    (Af, At)

    (Af, At)

    H+

    M + S O2+ 2-2 3 M + S2+ 2-

    n

    S8

    SO + H42- + SO4

    2-

    Mecanismos indirectos en la biolixiviacin de sulfuros. Af = A. ferrooxidans; Lf = L. ferrooxidans; At = A. thiooxidans

    Mecanismo del tiosulfato (pirita, molibdenita y volframita) +++ ++++ HFeOSOHFeFeS 6736 22322

    32

    +++ ++++ HFeSOOHFeOS 108258 224232

    32

    Mecanismo del polisulfuro (calcopirita, esfalerita, galena, etc.)

    ( )221 2

    223 ++++ ++++ nFeSHMHFeMS n

    +++ +++ HFeSFeSH n2

    83

    2 81

    21

    + +++ HSOOHOS 223

    81 2

    4228

  • Biolixiviacin. Ventajas y desventajas

    Ventajas 1. Ausencia de contaminacin atmosfrica

    2. Consumos energticos reducidos

    3. Bajo consumo de reactivos

    4. Bajos costes de operacin

    5. Posibilidad de tratamiento de marginales

    6. Flexibilidad en cuanto al tamao de las instalaciones

    7. Fcil separacin del hierro en forma de jarositas

    Desventajas 1. Produccin