LIXIVIACION MANGANESO

7/21/2019 LIXIVIACION MANGANESO

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRS

FACULTAD DE TECNOLOGA

QUMICA INDUSTRIAL

PERFIL DE PROYECTO DE GRADO

OBTENCIN DE EXTRACTO LQUIDO DE MANGANESOMEDIANTE EL PROCESO DE LIXIVIACIN A PARTIR DE LA

PIROLUSITA

Postu!"t#$ U"%&' X%(#"! P!u)!*! M!(!"%

Tuto*$ I"+' C#s!* Ru%,

L! P!, - Bo%&%!

./01


2/17


PIROLUSITA

0' INTRODUCCION

El mineral de manganeso pirolusita se encuentra disponible como mineral de bajo

grado, asociado a minerales de hierro como la hematita. Mediante procesos de

lixiviacin se lograra elevar el porcentaje de manganeso en el extracto lquido

obtenido se realizara el estudio de variables ptimas para el proceso como el

tamao de partcula, relacin cido sul!rico"mineral, tiempo de lixiviacin,

concentracin de cido sul!rico, posteriormente mediante otros procesos que no

son de inter#s en el pro$ecto se lograra obtener Mn%& de alta pureza para ser

utilizado en la produccin de bateras de litio principalmente.

.' ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIN

'enemos las siguientes investigaciones que son de inter#s para el

presentepro$ecto(

.'0 ESTUDIO B2SICO DEL PROCESO DE PURIFICACIN DE LA PIROLUSITA

El estudio de investigacin desarrollado en el pasado,nos da a conocerque esposible

elevar la le$ del manganeso, a partir de una materia prima de baja le$, por el

proceso de lixiviacin acida hasta un )*+ Manganeso. Este producto no essuiciente para lograr ingresar en mercados competitivos, $a que ello es considerado

como mineral con semi valor agregado. En dicha tesis se logrobtener un producto

de-,*+ en Mn%&./0

.'. EFECTO DE LA TEMPERATURA Y LA CONCENTRACION DE 2CIDO

SULF3RICO EN LA LIXIVIACIN DE MINERALES DE PIROLUSITA DE BA4O

GRADO

1a lixiviacin del mineral de pirolusita2hematita de bajo grado, constituido

principalmente de &3+ de Mn%&$ ))+ de 4e&%*, ue investigada desde un punto

de vista cin#tico. El mineral previamente reducido, se lixivio con 5&6%-diluido. 6e

estudi el eecto de la temperatura $ la concentracin de cido sul!rico en la

cin#tica de lixiviacin. 7asados en las observaciones experimentales, se propuso

un mecanismo de lixiviacin. 6e encontr que conorme a la reaccin procede, se


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orme una densa capa de sulatos sobre la supericie del mineral. Ello conduce a

establecer la etapa controlante de la velocidad, como una diusin atreves de la

capa de producto. 6e propone que la diusin de manganeso divalentes atreves de

una capa de sulatos de hierro $ de manganeso, es la determinante de la

velocidad. 1as energas aparentes de activacin son /88.& $ //.9:;"mol a

temperatura inerior $ superior a 93?u# m#todo es msptimopara obtener una solucin rica con alto contenido de

manganeso $ as ser destinado para la abricacin de bateras de ion 2 litio@

1'. FORMULACION DEL PROBLEMA

>?u# actores inlu$en en el proceso de lixiviacinpara obtener un extracto lquidocon alto contenido de manganeso@

5' OB4ETIVOS

5'0 OB4ETIVO GENERAL

%btener un extracto lquidode manganeso mediante proceso de lixiviacincida

en medio reductor a partir del mineral de manganeso pirolusita0.

5'. OB4ETIVOS ESPECFICOS

Aeterminar las variables del proceso de lixiviacin como el tamao de

partcula del mineral mediante el proceso de tamizado. Aeterminar mediante pruebas experimentales la relacin optima de BCcido

sul!rico"mineral de manganesoD Aeterminar mediante pruebas experimentales la concentracin de cido

sul!rico. =aracterizar el mineral $ el producto obtenido mediante absorcin atmica

ME'MF'0.

6' 4USTIFICACIN

6'0 4USTIFICACIN TCNICA

1os procesos de separacin conllevan a seguir un procedimiento detallado para

cada elemento, as para la separacin, sedimentacin qumica del manganeso es

actible, $ cilmente soluble.


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Guestro pas, actualmente inaugur una planta piloto para la produccin de

bateras de litio en que el dixido de manganeso puro es uno de los componentes

para la abricacin de las mencionadas bateras, razn por la que el pro$ecto de

Hobtencin de extracto liquido de manganeso mediante el proceso de lixiviacin

apartir de la pirolusitaI este extracto con alto contenido de manganeso es una

alternativa para la obtencin de dixido de manganeso.

En consecuencia, el anlisis de variables operacionales a nivel de laboratorio

permitir adquirir conocimientos tericos $ prcticos para una eiciente obtencin de

manganeso de grado apropiado para su uso en bateras de litio, adems los

resultados obtenidos podrn ser utilizados para pruebas de escalamiento a nivel de

planta piloto.

6'.4USTIFICACIN ECONMICAJermitir obtener un potencial econmico mu$ importante para el Jas $a que la

obtencin de productos beneiciados con le$es establecidas grado metal!rgico,

grado batera $ grado electroltico0 pueden satisacer las expectativas del mercado

nacional e internacional.

7' FUNDAMENTO TERICO

7'0 EXTRACCIN

Extraccin es un m#todo empleado tanto comercialmente como en el laboratorio

para separar una sustancia de una mezcla o disolucin. En general se lleva a cabo

utilizando un disolvente en el que la sustancia que queremos separar es mu$

soluble, siendo el resto de los materiales de la mezcla o disolucin insolubles en

#l. Es un extracto la sustancia que en orma concentrada se extraer de otra de la

cual conservar suspropiedadesesenciales $ constitutivas'*0

7'.MINERALES DE MANGANESO

El manganeso se encuentra en unos *33 minerales dierentes, de los cuales unos

/& son importantes comercialmente. Existe en depsitos primarios asociado al

oxgeno, en orma de silicatos. 6in embargo desde un punto de vista comercial

son ms importantes los depsitos secundarios de xidos $ carbonatos, como los

ormados por los minerales pirolusita Mn%&0 que es el ms com!n,
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hausmanitaMn*%-0 $ redocrosita Mn=%*0. El principal componente de los mismos

es el propio manganeso entre un /) $ un *3 +0.-0

7'.'0 PROPIEDADES FISICO QUMICAS DEL MANGANESO

=olor blanco Jlateado parecido al hierro

Es un metal duro $ mu$ rgil

Junto de usin /&-)


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7'5'0 LIXIVIACIN POR AGITACIN

1a lixiviacin por agitacin se aplica a minerales de le$es ms altas, cuando los

minerales generan un alto contenido de inos en la etapa de chancado, o cuando

el mineral deseado est tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar

sus valores $ exponerlos a la solucin lixiviante. Es tambi#n el tipo de t#cnica que

se emplea para lixiviar calcinas de tostacin $ concentrados.6e recurre a la

agitacin mediante burbujeo o bien a la agitacin mecnica para mantener la

pulpa en suspensin hasta que se logra la disolucin completa, siendo el tiempo

de contacto de los slidos con la solucin del orden de horas. 1os agitadores

mecnicos son simplemente impulsores colocados en el interior del tanque 4ig.

9.-./ a0, mientras que los tanques agitados con aire son a menudo tanques de tipo

LJachucaL 4ig. 9.-.& b0.90

Fu#"t#$M#todos de 1ixiviacinor 5idrometalurgia %. 7enavente 2 6cribd

4ig. 9.-./ Equipos de lixiviacin por agitacin

6us ventajas comparativas con otros m#todos de lixiviacin son(

Flta extraccin del elemento a recuperar

'iempos cortos de procesamiento horas0

Jroceso continuo que permite una gran automatizacin

4acilidad para tratar menas alteradas o generadoras de inos
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6us desventajas son(

n ma$or costo de inversin $ operacin

Gecesita una etapa de molienda $ una etapa de separacin slido2lquido

espesamiento $ iltracin0.

7'6CINTICA DELIXIVIACIN

7ajo condiciones apropiadas unas sustancias pueden transormarse en otras que

constitu$en dierentes especies qumicas. 6i ocurre esto solamente por

reordenamiento o redistribucin de los tomos para ormar nuevas mol#culas,

decimos que se ha eectuado una reaccin qumicaN en qumica se estudian estas

reacciones considerando su modo $ su mecanismo, los cambios sicos $

energ#ticos que tienen lugar, $ la velocidad con que se orman los productos. O0

6e sabe que la velocidad de reaccin qumica H2rFI es(Mn%& P 5&6%-P 5&=&%-Mn6%- P & =%& P & 5&%

2rFQd="dt Q:R=n

Ande(

2rFQ velocidad de reaccin

= Q=oncentracin

'Q 'iempo

:Q=onstante de Selocidad

nQ%rden de 1a Keaccin

7'7 ESTUDIO DE LA ETAPA DE LIXIVIACIN DE MINERALES DE

MANGANESO CON 2CIDO SULF3RICO EN PRESENCIA DE REDUCTOR PARA

ELEVAR LA LEY DEL MANGANESO'

Esta alternativa de lixiviacin del mineral de manganeso con cido sul!rico en

presencia de un reductor como es el cido oxlico $a que el cido oxlico tiene

uerte eecto en la extraccin del Manganeso a temperaturas moderadas, mientras

que a temperaturas ma$ores a 9)T= $ el tiempos ms largos tienen ma$or eecto

en la extraccin del 4e $ Fl que impuriican al mineral, cu$a reaccin de lixiviacin

se representa mediante la siguiente reaccin(

Mn%& P 5&6%-P 5&=&%- Mn6%- P & =%& P & 5&% H =62.9684Kcal /mol


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Es una reaccin exot#rmica por lo que desprende calor durante la reaccin.

1a reaccin global nos indica la generacin de =% &, sin embargo esta etapa debe

ser viable siempre que el gas producido se utilice de materia prima para la

produccin sint#tica de cido oxlico.

=omo esta reaccin es oxidacin U reduccin lo ms conveniente es expresarlo de

la siguiente manera(

++Mn O2 Mn+2+2H2O E1

0=+1.23 volts

2e+4H

C2 O42

2C O2+2e E 20=+0.49 volts

5allando el potencial tenemos( E=0.74volts

6e pudo veriicar que la reaccin de oxidacin Ureduccin es espontnea la cual

indica que ocurre la reaccin.

7': DIAGRAMA DE FLU4O DEL PROCESO

Mineral

deMn

Molino de bolas

Fcido oxlico Ccido sul!rico

H2C2O4 H2SO4

Extracto lquido

4uente( Elaboracin Jropia

:'CLASIFICACIN Y SELECCIN DE VARIABLES

Tamizad


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1as variables del proceso en hidrometalurgia son varias como las que se citan a

continuacin(

'amao de partcula.

1a velocidad de disolucin est en relacin directa con el tamao de partcula del

mineral, cuantas ms pequeas sean las partculas, la disolucin aumentar, este

hecho se debe a la gran rea supericial de contacto.

'iempo de residencia'

El tiempo de contacto ntimo entre el luido $ partcula es importante para que

ocurra la disolucin, este puede variar de minutos hasta horas dependiendo las

caractersticas del reactor $ reactivos.

Eecto de 'emperatura

1a solubilidad es uncin directa de la temperatura, a ma$or temperatura la

disolucin ser ma$or $ hasta completa. Eleecto de la temperaturasobre la

extraccin demanganesoaumenta lavelocidad de lixiviacindemanganeso.

Jorcentaje de slidos'

1a relacin se slido"luido es importante, este debe estar en relacin equimolar

para que ocurra la disolucin completa.

=oncentracin de los reactivos

1a concentracin de los reactivos deben estn en equilibrio molar para que existauna adecuada disolucin de partcula.

Fgitacin

1a agitacin es importante para evitar las concentraciones acuoso local, lo cual

inhibe la disolucin.

:'.'0V!*%!;#s %"


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>' DESCRIPCIN DEL PROCESO EN ESTUDIO>'0 M#to'. P!"%%)!)%"


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6e medir un volumen de cido de concentracin dada en cada experiencia

en un reactor adicionando el cido oxlico para que exista una mezcla

perecta.

6e trabajara a temperatura ambiente, se aadir la muestra previamente

pesadaentonces se registra el tiempo a partir de este instante.

=ada tiempo de /3 minutos, se extraer del reactor una alcuota de volumen

medido con una pipeta Mohr accionado por una perilla de succin $ sellevar

a un vaso precipitado que contenga agua.

6e iltra, $ el extracto iltrado se lleva a un matraz aorado seg!n las diluciones

que se necesite.

1a solucin diluida se lleva al equipo de Fbsorcin Ftmica para eectuar las

lecturas correspondientes para cada caso.

1as Jruebas experimentales de lixiviacin, programadas para tal eecto, se

extienden hasta un tiempo determinado en la cual se observan niveles de extraccin

constante.

'. FLU4OGRAMA DEL PROCESO


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4uente( Elaboracin Jropia

'1 MATERIALES A UTILIAR

Equipos de laboratorio- Equipo Espectrootmetro de Fbsorcin Ftmica, Modelo FFnal$st &33- 1mpara de ctodo hueco de Mn- 1mpara de ctodo hueco de 4e- Equipo Espectrootmetro S, Modelo S /93- Fgitador magn#tico con control digital de temperatura $ velocidad de

agitacin- 7omba de vacio

- p52 metro digital m!ltiple- 'ermmetros.- 7alanza Electrnica- =uarteador de riles- =ronmetros digitales- Aensito

Materiales de laboratorio- Saso precipitado de &1t, /1t, 933 ml, -33 ml, &)3 ml, /33 ml $ )3 ml0


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- Matraces aorados de( )33 ml, &)3ml, &33 ml, /33 ml, )3 ml, &) ml- Jipetas graduadas de(/3 ml, ) ml, & ml, / ml- Jipetas volum#tricas de &) ml, &3 ml, /3 ml, ) ml, / ml- Mortero de porcelana $ agata- Embudos de vidrio-

Jropipetas- Sidrios de reloj- 'ubos de Ensa$o /9x/)3 mm- 'ubos =entriuga- Mangueras de latex- Jizetas $ varillas de vidrio- Envases de plstico de / lt, 3,) lt, 3,&) lt, 3,/ lt, 3,3) lt- 6oporte para pipetas- Materiales imprevistos

'5 REACTIVOS A UTILIAR

-

Estndares para minerales oxidados de Mn U 4e- Ccido6ul!rico ?.J.

- Ccido6ul!rico J.a.

- Ccido%xlico ndustrial

0/' CONCLUSIONES

=on el presente trabajo se pretende obtener un extracto con alto contenido de

manganeso por el m#todo de lixiviacin cido en medio reductor para ser

destinada a posteriores procesos hasta la obtencin de dixido de manganeso

grado batera para ser utilizado en la abricacin de bateras de ion2litio.

00' RECOMENDACIONES

6e recomienda dar importancia a minerales oxidados como( hematita, pirita,

cuprita, magnetita $ otros $a que nuestro pas tiene grandes reservas en estos

minerales.

0.' CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Jara la culminacin del pro$ecto se toma en cuenta la planiicacin sobre cu$a

base se pone a consideracin la conclusin del pro$ecto en un lapso de ) meseslo cual se detalla las siguientes actividades.

ACTIVIDADES MESES

Investigacin preliminar o revisin debibliografaPlanificacin del trabajo de investigacin (anlisis de


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variables)

Preparacin de equipos, materiales yreactivos qumicosInicio de trabajo en laboratorio

Realiacin de pruebas

!nlisis y diagnstico de resultados"onclusiones y recomendacionesRedaccin del borrador y presentacin deltrabajo#

01' BIBLIOGR2FIA

7allester Fntonio. Metalurgia Extractiva Solumen /. Editorial 6ntesis

6.F. Madrid Espaa &333

/0 =alle %scar. Estudio bsico del proceso de puriicacin de la pirolusita,

'esis2M6F. &3/3

O0 1evenspiel %. ngeniera de las Keacciones ?umicas.

90M#todos de 1ixiviacinor 5idrometalurgia %. 7enavente 2 6cribd

*0 Microsot W Encarta W &33O. X /*2&339 Microsot =orporation.

&0Montero2%campo, F. Martinez 1. 'ecnol. =iencia Ed M?0, 8 /0( **2*O

/&0.

-0 JdtallerIel manganeso en puras de Silla 4rancaI pag. &

)0http(""es.YiZipedia.org"YiZi"1ixiviaci+=*+7*n
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I N D I C E TENTATIVO

TITULO$


PIROLUSITACAPTULO 0

ASPECTOS GENERALES DEL PROYECTO DE GRADO

/./ ntroduccin

/.& Fntecedentes

/.&./Estudio bsico del proceso de puriicacin de la pirolusita

/.&.& Eecto de la temperatura $ la concentracin de cido sul!rico en la lixiviacin

de minerales de pirolusita de bajo grado./.* planteamiento del problema

/.*./ identiicacin del problema

/.*.& ormulacin del problema

/.-%bjetivos

/.-./. %bjetivos [enerales

/.-.&. %bjetivos Especicos

/.) ;ustiicacin

/.)./ ;ustiicacin t#cnica

/.).& ;ustiicacin econmica

CAPTULO .

MARCO TERICO Y CONCEPTUAL DEL PROYECTO


16/17

&./ Extracto

&.&. Minerales de manganeso

&.&./ Jropiedades sico qumicas del manganeso

&.*. Jroceso de 1ixiviacin

&.*./ lixiviacin

&.*.& agentes oxidantes

&.*.* agentes lixiviantes

&.- 1ixiviacin de minerales de manganeso

&.) M#todos de lixiviacin de minerales de manganeso

&.)./1ixiviacin por agitacin

&.)././Aescripcin

&.)./.& Sariables del proceso

a0 [ranulometra

b0 'iempo de lixiviacin

c0 Mineraloga del mineral

d0 %tras variables

&.9 =in#tica de lixiviacin

&.9./ =in#tica qumica

CAPTULO 1MARCO PR2CTICO DEL PROYECTO

*./Metodologa de trabajo

*.&=aracterizacin de la muestra

*.*Fnlisis de Sariables $ Jarmetros preliminares

*.-=lasiicacin $ seleccin de variables

*.-./ Sariables ndependientes

*.-.& Sariables Aependientes

*.)Aiseo 4actorial

*.9Jrocedimiento experimental

*.OAiagrama de 4lujo, 7alance de Materia $ Energa

*.8Aeterminacin de parmetros tecnolgicos a trav#s de la experimentacin

*.8./ =aracterizacin de los resultados obtenidos


17/17

*.8.& Jrocesamiento de los resultados obtenidos curvas, modelos, gricos

*.8.&./ Jarmetros operativos del proceso propuesto

*.Aeinicin del proceso propuesto

*./3 %peraciones secundarias planiicadas

*.// Aiseo $ construccin de equipos $ prototipos especicos

CAPTULO 5

RESULTADOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES AN2LISIS DE

COSTOS DE PRODUCCIN Y OTRAS ACTIVIDADES RELACIONADAS A

LA INVESTIGACIN-./Fnlisis de costos de produccin

-.&Kesultados en reerencia al objetivo principal0

-.*=onclusiones en concordancia con todos los objetivos0.

-.-Kecomendaciones

BIBLIOGRAFA

ANEXOS

LIXIVIACION MANGANESO

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