Lixiviación del cobre por medio de la cuprita.

VIRIDIANA GUADALUPE GARCÍA LÓPEZ

Los minerales son compuestos químicos inorgánicos que se han formado por los procesos naturales. Tienen propiedades físicas y químicas definidas de tal forma que sus características son similares, aún cuando ellos se hayan formado en lugares muy distantes en el globo terrestre.

Los minerales se pueden clasificar por las familias químicas a las que pertenecen, en esta idea, se encuentran los: elementos nativos, sulfuros, haluros, óxidos e hidróxidos, sulfatos, carbonatos, fosfatos, silicatos y otros.

La mena tal como se extrae de la mina o en forma de “mineral en bruto” consiste en una mezcla de minerales metálicos valiosos y de desecho (ganga), que normalmente requieren de una cierta preparación para obtener la especie útil o comercial.

MATERIAS PRIMAS

Los minerales oxidados pueden disolverse en soluciones de ácido sulfúrico. Una facilidad del uso de la técnica de lixiviación del ácido sulfúrico es la facilidad para recuperar el cobre metálico de la solución.

 Cuprita:

Cu2O + H2SO4 —> CuSO4 + Cu + H2O 

LIXIVIACIÓN DEL COBRE

Las etapas de aglomeración y curado, en la operación, se confunden en una sola, pero para los efectos de facilitar la descripción de cada uno se analizaran por separado. Curado o tiempo de envejecimiento Es el proceso por el cual el mineral aglomerado, en el cual se ha obtenido la humedad necesaria adicionando agua o líquidos de reciclo, es dejado reposar durante un tiempo (el cual es llamado tiempo de reposo) para que se produzcan las diferentes reacciones químicas de oxidación, sulfatación, reacciones exotérmicas y otras que contribuyen y facilitan la lixiviación posterior de los valores metálicos que se desea extraer.

Cuando la aglomeración del mineral se efectúa en conjunto con la solución lixiviante, junto con obtener una mejor velocidad de percolación, se obtiene un íntimo contacto entre la solución lixiviante concentrada y el mineral; lo que generalmente permite una mayor velocidad de lixiviación y recuperación. A este procedimiento se le llama curado de mineral.

AGLOMERACIÓN Y CURADO

EQUIPO DE CURADO

El mineral grueso es acondicionado para la lixiviación en pilas en el tambor de curado La función del tambor de curado es:

• Transformar el mineral triturado en un mineral de mayor solubilidad en medio ácido.

• Disminuir el contenido de impurezas en un medio de alta acidez. • Formar aglomerados para aumentar la permeabilidad del mineral

que se apila en las pilas de lixiviación (los finos que se forman por efecto del chancado secundario se adhieren a las partículas mas grandes y formen aglomerados).

Aglomeración Podemos definir la aglomeración, como el un proceso de aumento de volumen, en el que está involucrado la unión de partículas pequeñas con partículas de tamaño mayor. Con el proceso de aglomerado se logra lo siguiente:

• Las Partículas finas se ligan a las gruesas, formando pellets de un tamaño uniforme, de menor densidad y mayor permeabilidad.

• Reducir la probabilidad de segregación de las partículas finas durante el carguío y regadío de la pila.

• Mejorar la permeabilidad de la pila debido a la uniformidad del tamaño de las partículas. Mejorar la oxigenación de la pila.

• Fracturar la roca matriz, lo que permite crear vías de ataque y penetración.

• Mejorar la velocidad de extracción, reduciendo el ciclo o tiempo de lixiviación, lo que influye favorablemente, en la economía de las operaciones de la planta. Se pueden resumir las siguientes ventajas al agregar solución lixiviante al mineral antes de apilarlo:

• Se logra una solución muy homogénea de la solución lixiviante sobre toda la carga del mineral.

• Se obtiene un íntimo contacto entre la solución lixiviante concentrada y el mineral, permitiendo que la etapa de lixiviación termine en el menor tiempo posible.

Este método se aplica cuando el material contiene gran proporción de finos, pero al mismo tiempo debe contener también gruesos y con distribución lo más homogénea posible hasta el tamaño máximo de la operación). Así será posible una aglomeración de finos con los gruesos. El diseño del equipo es el clásico de cualquier cilindro rotatorio y obviamente su finalidad principal, por su volumen, es aumentar el tiempo de contacto entre finos y gruesos para que se produzca la aglomeración.

EQUIPO DE AGLOMERACIÓN

LIXIVIACION

El procesamiento de menas de cobre oxidadas y ciertos tipos de sulfuros, para la obtención de cátodos de cobre de alta pureza , se realiza a través de un proceso hidrometalúrgico que incluyen las siguientes etapas: • Preparación y pretratamiento de mineral (chancado, aglomerado y

curado).• Lixiviación de las especies útiles, usando reactivos químicos o acción

bacterial. • Lavado y separación de residuos sólidos.• Purificación y concentración de la especie útil presente en la solución

proveniente de lixiviación, por medio de la extracción por solvente; • Precipitación del cobre disuelto en la etapa de electroobtención.

El agente lixiviante es una solución acuosa que contiene disuelto algún reactivo químico o especie capaz de reaccionar con el mineral útil a fin de solubilizarlo.

Para escoger el agente lixiviante más adecuado, se debe considerar entre otros:

1. Características físicas y químicas del material a lixiviar.2. Debe disolver el metal o compuesto de interés en forma rápida y debe reaccionar con los

minerales sin valor en forma lenta o despreciable.3. La solubilidad de los reactivos de lixiviación debe ser alta, al igual que los productos del proceso

para minimizar el volumen de las soluciones.4. Costo razonable y adecuada disponibilidad.5. Capacidad de regeneración en forma simple.6. Mínimos problemas de corrosión en los equipos.7. En lo posible no debe ser peligroso para los seres humanos y el medio ambiente.8. Deben actuar en frío y en concentraciones diluidas.

AGENTE LIXIVIANTE

La lixiviación de minerales de cobre depende de varios factores, que también son comunes en la lixiviación de otros minerales, y entre los que podemos mencionar:

• Tamaño de partícula a que debe molerse o triturarse el mineral

• Composición y concentración del disolvente• Tiempo de contacto, Tasa de Riego, Razón de lixiviaciónTemperatura del disolvente, Consumo de Acido

LIXIVIACIÓN EN PILAS (HEAP LEACHING)

El mineral a lixiviar es chancado previamente a una granulometría que puede variar entre bajo 2 pulg. y ¼ pulg. para luego acopiar el mineral ya chancado, formando una pila de base cuadrada, sobre un piso previamente impermeabilizado.

La altura de la pila puede ir desde 1.5 hasta 5 metros, dependiendo de consideraciones metalúrgicas y sistema de carguío.

El piso de la pila se prepara adecuadamente y se impermeabiliza con carpetas de poliuretano, dándole al piso una leve pendiente de alrededor de un 3 %, dirigida hacia una canaleta de recolección de soluciones. La pila se riega por aspersión o goteo desde encima, mediante sistemas de tuberías conectadas a mangueras que alimentan los goteros o aspersores.

La gran ventaja de la lixiviación en pilas radica por una parte, en el inventario de soluciones de regadío, la cual es muy inferior que en lixiviación por agitación y en bateas. Por otra parte, los costos de inversión y operación son muy inferiores respecto de los sistemas antes mencionados, pues no se requiere de infraestructura y equipos sofisticados salvo, un buen sistema de regadío y carguío de la pila.

Sistemas de funcionamiento y configuración de la pila

Desde el punto de vista de la operación misma, las pilas pueden adoptar las Siguientes configuraciones:

a) Pila Unitaria: Todo el material depositado pasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de tratamiento, carga, lixiviación, estruje, lavado y descarga. Se carga de una vez la totalidad de la pila y se descarga de una vez al término del ciclo de tratamiento. Se aplica en Plantas de Beneficio de baja capacidad. Operación más simple y flexible.

b) Pila Dinámica: En una misma pila coexisten materiales que están en diversasetapas del ciclo de tratamiento. En cada período o etapa que puede ser diaria o múltiplo de la capacidad diaria, descarga un módulo y carga otro módulo; los cuales se adosan directamente a los respectivos sectores de la pila, con la condición que no haya contacto entre la mena fresca y el ripio agotado. De esta forma la pila queda constituida por “subpilas internas”. Con este sistema se consigue una menor inversión unitaria por mejor

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

La extracción por solventes es un proceso que implica el paso del cobre, disuelto en forma de iones dentro de una fase acuosa hacia otra fase líquida, inmiscible con ella, conocida como fase orgánica.

Durante el contacto líquido-líquido se produce un equilibrio en el cual el cobre en solución se distribuye entre las fases acuosas y orgánicas de acuerdo a sus respectivas solubilidades.

Esta técnica se aplica en la metalurgia extractiva del cobre con fines fundamentales de concentrar, purificar y separar este metal de otros elementos o metales disueltos.

OBJETIVOS DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

Son dos los objetivos fundamentales de un proceso de extracción por solventes:

• Concentración: Incrementar la concentración de un ión metálico valiosoen solución.

• Purificación: Purificar una solución de iones metálicos no valiosos eindeseables. Por ejemplo: purificar una solución de Cu+2 de iones Fe+2, Fe+3, Al+3, etc.

PROCESO DE LIX-SX-EW

REACCIÓN QUÍMICA DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

En la Extracción por Solventes ocurre una reacción química que altera la estructura química del soluto a intercambiar, con el fin de producir un intercambio de iones en fase liquida a través de una miscibilidad preferencial de la nueva estructura en la fase a la cual se quiere llevar el elemento valioso.

CIRCUITODEEXTRACCIÓNYRE-EXTRACCIÓN

La planta de extracción por solventes consta de un circuito de extracción que comprende 2 etapas (E-1 y E-2), y otro de re-extracción compuesto también por 2 etapas (S-1 y S-2).

Etapas de extracción (E-1 y E-2)En las etapas de extracción, el cobre presente en la solución líquida o PLS, es transferido al orgánico en forma selectiva por intercambio iónico cargándolo de cobre según la reacción de extracción.El orgánico con alto contenido de cobre (fase orgánica cargada), pasa a las etapas de reextracción y la solución líquida pobre en cobre (fase acuosa o refino) fluye por gravedad hacia la poza de refino siendo reciclada en el proceso de lixiviación.

Etapas de re-extracción (S-1 y S-2)En las etapas de re-extracción; la reacción de extracción se invierte, el orgánico cargado se pone en contacto con una solución acuosa de alta concentración de ácido (electrolito pobre de electroobtención); el cobre se transfiere desde la fase orgánica cargada hacia el electrolito pobre, la fase orgánica descargada de salida de la re-extracción ingresa a las etapas de extracción para empezar un nuevo ciclo.

ELECTROOBTENCION ( EW )

La electroobtención es el proceso final en la producción de cobre catódico de alta pureza. En la electroobtención el cobre metálico se recupera desde una solución de sulfato de cobre ácido (CuSO4) mediante el proceso de electrólisis sumergiendo dos electrodos (cátodo y ánodo) en una solución electrolítica de cobre.

Solución electrolítica: Es una solución líquida que tiene la propiedad de permitir el paso de la corriente eléctrica. En la planta la solución electrolítica es una mezcla de agua, ácido sulfúrico y sulfato de cobre.

Electrodos: Son planchas metálicas que se usan para hacer pasar la corriente eléctrica por el electrolito. El cátodo inicial (carga negativa), es una plancha de acero inoxidable 316L y el ánodo (carga positiva), es una plancha rolada en caliente de plomo-calcio-estaño.

El electrolito rico proveniente de las etapas de extracción por solventes es filtrado y acondicionado para el proceso de electroobtención.

Las celdas en cada fila están conectadas eléctricamente en serie y los cátodos individuales están conectados en paralelo en cada celda.

El electrolito se distribuye uniformemente a través de las celdas electrolíticas y sobre las caras de los cátodos gracias al marco distribuidor de electrolito.

A medida que el electrolito a EW fluye através de las celdas de

Electroobtención, en el proceso se producen varios cambios:

• El contenido de cobre del electrolito disminuye a medida que el cobre sedeposita en los cátodos.

• La concentración de ácido sulfúrico aumenta, debido a la descomposición delH2O en el ánodo.

CONDICIONES ÓPTIMAS DE LA ELECTROOBTENCIÓN

Las condiciones de operación garantizan:• Larga vida útil del cátodo.• Eficiencia operacional.• Flexibilidad operacional.• Facilidad en el desmonte del depósito de cobre.• Pureza del depósito.

Las condiciones óptimas son las siguientes:

1.- Contenido de cobre (35/40 g/L)2.- Contenido de ácido (150/180 g/L)3.- Concentración de cobalto (100/150ppm, 150 si el contenido de manganeso en elelectrolito es alto)4.- Cloruro (menos de 30 ppm)5.- Orgánico (< 1ppm) 6.- Flujo a las celdas7.- Reactivo Guartec (150 a 250 g/ tonelada de cobre depositado)8.- Densidad de corriente (280 A/m2)9.- Temperatura de la celda (45–50ºC)

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA ELECTROOBTENCIÓN

1.- Corrosión por cloruros2.- Corrosión Galvánica3.- Por contactos4.- Nivel de electrolito en la celda5.- Alineamiento6.- Efectos del espacio de separación entre electrodos7.- Arrastre de Orgánico8.- Cortocircuitos9.- Desborre de celdas