Proceso Hidrometalrgico de Obtencin de Cobre a partir de Mineral oxidado, aplicado en Chile

Sebastian Aviles PalaciosJorge Hawas De RaucourtRafael Cuello GarciaWanda Vera AguirreDonald Tapia LimachiIngeniera En MinasSeccin N333

24 de julio de 2015PrologoChile actualmente es un importante foco de inversiones millonarias, que pretenden impulsar an ms la minera, no solo para la explotacin del cobre sino que tambin para los dems metales y no metales que se encuentran en todo su territorio.Es verdaderamente sorprendente como chile ha avanzado a lo largo de los aos en el mbito minero, implementando nuevas y mejores tcnicas que van impulsando las ganancias hasta niveles millonarios, sin menospreciar el hecho de que somos potencia minera mundial y que la mayora de los desarrollos tecnolgicos en el mbito minero son utilizados en el pas.Dentro de los diversos procesos que estn siendo usados en la minera para lograr producir de manera ptima y econmica, se encuentra la Electro-obtencin, que a medida de que pasan los aos, y que se van descubriendo nuevos instrumentos para mejorarla, se modifica de manera estructural , pero el concepto y/o base de su funcionamiento siempre ser el mismo.

AgradecimientosEscribir una investigacin no siempre es trabajo de una sola persona, por ende deseamos expresar el ms sincero agradecimiento a quienes lo hicieron posible, aportando no solo con ideas o informacin sino que tambin con el apoyo emocional que es tambin necesario para llevar a cabo cualquier cosa. A la biblioteca del instituto profesional INACAP, por tener la amabilidad de facilitar el libro de minera y metalurgia que ayudo a construir este trabajo.A La profesora Luz Eliana Soto, por ayudar en la ardua tarea que signific escribir este trabajo. A todos los profesores y profesoras de INACAP, por entregarnos el conocimiento y sapiencia para confeccionar esta investigacin.A quien est interesado(a) en leer esta obra, que fue escrita con la mayor dedicacin puesta por el grupo.

ndiceIntroduccin1Cmo se extrae el cobre en chile2Proceso para mineral de cobre sulfurado2Proceso para mineral de cobre oxidado3Objetivos4Fundamento terico4Proceso de electro-obtencin4Celdas electrolticas de electro-obtencin4Tipos de celdas electrolticas4-Celda convencional para electrolisis en medio acuoso5-Celdas para produccin directa de lminas de metal5-Celda cilndrica para la obtencin de oro5Materiales de los nodos5Materiales de los ctodos5La electrolisis5Caracteristicas de las soluciones electroliticas6Exportaciones de ctodos de cobre por la regin de atacama7Minerales con alto contenido de Cobre8Discusiones12Conclusiones13Bibliografa14Material Anexo15Diagrama obtencin de cobre de minerales oxidados15Carta Gantt del trabajo16

IntroduccinChile se ha caracterizado por ser un pas con una alta actividad minera desde 1880, en ese entonces era potencia en produccin de nitratos, hasta que en 1910 es fabricado el salitre sinttico en Alemania provocando una importante crisis econmica en el pas. Si bien pareca el fin de la minera en chile, ya desde 1902 cuando el ingeniero norteamericano William Braden reconoce el mineral el teniente, se comienza a fabricar los cimientos de la actual minera que hoy es tan importante para el pas. En 1904 Surge la empresa Braden Copper Company para explotar el mineral El Teniente, haciendo oficial en el ao 1905 como la primera empresa en chile en explotar el cobre.Las enormes utilidades y pocos impuestos que pagaban las principales empresas norteamericanas en chile (Braden Copper Company, Chile Exploration Company y Andes Copper Mining Company), y eso sumado la crisis salitrera en el pas, provoc un descontento en la poblacin que se tradujo en formaciones de movimientos en rechazo hacia las empresas, lo cual finalmente provoco la nacionalizacin del cobre en 1971.Todo lo sucedido llevo a una enorme cantidad de anlisis en el suelo chileno, arrojando que no solamente el pas es reserva de cobre, sino que tambin de fierro, molibdeno, oro, plata, etc. Significando importantes futuros ingresos al pas de chile.Actualmente chile es potencia mundial en produccin de cobre con 33,2% de la explotacin mundial, y su principal comprador es china, con un 39,0% de demanda mundial en cobre refinado. Es por eso que en el ao 2011 los aportes de CODELCO, ENAMI y la gran minera totalizaron, en ingresos fiscales, ms de 11.700 millones de dlares solo en las empresas del norte de chile.El cobre es un elemento metlico, que se encuentra en la naturaleza tanto en estado nativo como presente en minerales, es identificado en qumica con el smbolo Cu con nmero atmico 29 y peso atmico 63,54 g/mol. Es de mucha importancia no tan solo por ser principal fuente econmica para chile sino que tambin por sus propiedades como; alta conductividad elctrica y trmica, resistencia a la corrosin y durabilidad, que permiten su utilizacin en una enorme cantidad de objetos de uso diario. En materia productiva, la aparicin de nuevas tecnologas permite lograr una produccin cada vez ms sustentable y eficiente. Con estas nuevas tecnologas es posible acceder a depsitos minerales que antes no podan ser explotados por diversas dificultades que hoy son superadas por los distintos mtodos y herramientas que existen en el mundo de la minera.Y desde el punto de vista de la demanda de cobre, ms all del aumento de consumo de cobre que implica el progreso y el crecimiento de las sociedades, este elemento metlico tiene importantes aplicaciones en nuevas tecnologas que ocuparn un espacio importante en nuestras vidas futuras. Adicionalmente, el reconocimiento de la propiedad bactericida del cobre en 2008 por parte de la Agencia de Proteccin Medioambiental (EPA) de Estados Unidos, abre interesantes mercados para el cobre, tales como la salud pblica, la industria alimentaria, la acuicultura, entre otros.Cmo se extrae el cobre en chile?Ante este cuestionamiento se debe explicar que en chile existen una gran cantidad de minerales que son utilizados para la extraccin del cobre en su estructura, lo cual significa que cada mineral segn sus caractersticas fsicas y/o qumicas debe ser tratado de manera diferente, es por eso que se hace una diferencia entre minerales oxidados y sulfurados, Pero en general a todos los minerales se les aplica los siguientes procesos:1) Exploracin geolgica: este es uno de los procesos ms importantes a la hora de explotar el cobre, ya que es aqu donde se identifican yacimientos y la forma que poseen, adems de determinar la [footnoteRef:1]ley de mineral y la forma de extraerlo. [1: Ley de mineral: se refiere a la concentracin de cobre, oro, plata, estao, etc. Presente en las rocas y en el material mineralizado de un yacimiento.]

2) Extraccin: las rocas mineralizadas extradas de la mina (rajo abierto o subterrnea) con un tamao ideal, son transportadas a la planta de procesamientos.3) Chancado: se procede a triturar la roca obtenida de la mina con un tamao mximo de 1,5 a 1, pulgadas.Hasta aqu el proceso es similar para todos los minerales. Las etapas que siguen estn determinados segn la clasificacin del mineral de cobre.Proceso para mineral de cobre sulfurado:Molienda: Mediante el trabajo de molinos, se contina reduciendo el tamao de las partculas de mineral hasta obtener un tamao mximo de 180 micrones (0,18 mm), con el que se forma una pulpa con agua y reactivos especficos que se lleva a la flotacin.Flotacin: En las celdas de flotacin, se genera espuma cuyas burbujas arrastran el cobre y otros minerales sulfurados contenidos en la pulpa. Luego de varios ciclos, se recolecta y seca esta espuma para obtener el concentrado de cobre que contina su purificacin.Fundicin: se separar el cobre de otros minerales e impurezas. El concentrado de cobre seco se trata a grandes temperaturas en hornos especiales Luego de varios procesos se obtiene cobre refinado a fuego (RAF) que es moldeado en placas de un peso aproximado de 225 kg llamadas nodos.Electro-refinacin: Los nodos provenientes de la fundicin se llevan a celdas electrolticas para su refinacin. De este proceso se obtienen ctodos de alta pureza o ctodos de cobre electroltico de 99,99% de cobre y de un peso entre 70 y 80 kg.Proceso para mineral de cobre oxidado: Lixiviacin: luego de que el mineral es chancado es apilado para luego ser regado con una solucin de agua y cido sulfrico, que disuelve el cobre oxidado presente en la pila, obtenindose una solucin de sulfato de cobre que se purifica y se concentra antes de llevarla a la electro-obtencin.Electro-obtencin: El proceso de electro-obtencin consiste en una electrlisis mediante la cual se recupera el cobre de la solucin proveniente de la lixiviacin, obtenindose ctodos de alta pureza (99,99%)Al final de los procesos de preparacin, tanto de minerales oxidados como los de minerales sulfurados, terminan siendo ctodos los cuales son examinados cuidadosamente para asegurar la calidad, y aquellos seleccionados son apilados, pesados y [footnoteRef:2]enzunchados para su despacho. [2: Enzunchar: Colocar zunchos a una cosa para reforzarla, sujetarla o ceirla.]

Objetivos- Identificar caractersticas de la celda para EW.-Reconocer ctodos y nodos de la calda EW.-Establecer un Procedimiento Correcto y funcional que permita la obtencin de ctodos.-Preparar una solucin ideal de Sulfato de cobre, para obtener ctodos de cobre.-Comprender in situ los fenmenos fsico-qumicos relacionados al experimento.-Analizar los resultados de la cosecha de ctodos y concluir al respecto. Fundamento tericoProceso de electro-obtencin:La precipitacin por reduccin electroltica, comnmente conocida como electro obtencin, es uno de los procedimientos ms actuales y sencillos para recuperar selectivamente los metales que se encuentran en solucin.Bsicamente este proceso consiste en recuperar el metal desde una solucin de lixiviacin (solucin electrolito) para ser depositada en un ctodo, utilizando un proceso de electrolisis. Para esto se hace circular, atreves de la solucin electroltica, una corriente continua de baja intensidad entre un nodo (la solucin misma) y un ctodo. De esta manera los iones del metal de inters (cationes) son atrados por el ctodo (polo de carga negativa) depositndose en l, quedando las impurezas disueltas en el electrolito o precipitadas en residuos o barros andicos.Celdas electrolticas de electro-obtencin:Para llevar a cabo el proceso de electro-obtencin es necesario de instalaciones especializadas llamadas celdas electrolticas, las cuales son equipadas con circuitos elctricos para hacer circular la energa elctrica continua de baja intensidad. Generalmente los circuitos utilizados en las celdas son muy sencillos, esto para disminuir trayectos, en corriente continua de baja y alta tensin.-Tipos de celdas electrolticas:En la industria existe una diversa variedad de celdas para electro-obtencin, su fabricacin y seleccin dependen de factores como:1) Tipo de electrolito(si es acuoso o de sales fundidas)2) Tipo de ctodo(si es lquido, solido, si es compacto, esponjoso o particulado)3) Tipo de proceso(si es electro-obtencin(EW) o electro-refinacin(ER)

-Celda convencional para electrolisis en medio acuoso:En este tipo celda su diseo varia muy poco, ya que se trata, en general, de nodos y ctodos suspendidos de forma vertical uno frente a otro. La verdadera diferencia se encuentra segn se trate de EW o ER, ya que es mucho ms importante, en el proceso de Electro-obtencin, renovar y agitar el electrolito frente a las placas.-Celdas para produccin directa de lminas de metal:A travs de este proceso, se puede lograr de manera directa y continua la preparacin de una lmina de cobre electroltico. Este tipo de celda posee un ctodo en forma de tambor, parcialmente sumergido en electrolito, el cual gira con una velocidad que vara de acuerdo al espesor de la lmina que se desea obtener.-Celda cilndrica para la obtencin de oro:El procesamiento de concentracin de oro a travs de carbn activado finaliza con la recuperacin electroltica del oro, utilizando como electrolito [footnoteRef:3]la solucin de elucin de carbn. En este caso se usa un nodo inerte de acero, y un ctodo compuesto de un conductor inserto con lana de acero colocada en un contenedor apropiado. [3: Solucin compuesta por el lquido que es capaz de extraer oro presente en las partculas de carbn.]

Materiales de los nodos:En el proceso de EW, los nodos son tericamente insolubles e inertes al proceso. Cuando la electrolisis se hace en un medio acuoso, es predominante la utilizacin de nodos de plomo, en alguna de sus aleaciones donde tenga mejores caractersticas fsicas y qumicas que las del plomo puro. Materiales de los ctodos:En la EW de cobre, originalmente se utilizaban [footnoteRef:4]placas madre de titanio o de cobre recubierto con un aceite conductor, para facilitar el despegue del depsito, pero en la actualidad se usan placas de acero inoxidable. [4: Corresponde a un sustrato de un metal en cual se deposita el metal de inters.]

Luego de la depositacin durante 24 horas aproximadamente, el metal que se ha adherido se desprende de la placa madre. Las lminas se estiran y planchan, y se les agrega como soporte dos trozos previamente cortados de la misma lamina, que reciben el nombre de orejas. Para continuar la depositacin en las llamadas celdas comerciales, se cuelgan mediante una barra de cobre por un tiempo aproximado de 5 a 7 das.La electrolisisLas molculas de ciertos compuestos qumicos, cuanto estn en una disolucin acuosa, presentan la capacidad de separarse en sus estructuras moleculares ms simples y/o en sus tomos constituyentes. Estos compuestos qumicos, que evidencia la propiedad de disociacin o ionizacin en disoluciones, se denominan electrolitos, y la reaccin qumica de disociacin se denomina electrolisis, la cual es la base para concentrar y purificar el cobre del mineral de donde se extrajo (mtodo electro obtencin).Se aplica una corriente elctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentacin elctrica y sumergida en la disolucin. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como nodo, y el conectado al negativo como ctodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. As, los iones negativos, o aniones, son atrados y se desplazan hacia el nodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atrados y se desplazan hacia el ctodo (electrodo negativo).En definitiva lo que ocurre es una reaccin de [footnoteRef:5]oxidacin-reduccin, donde la fuente de alimentacin elctrica se encarga de aportar la energa necesaria. [5: La oxidacin es el proceso en el cual una especie qumica pierde electrones y su nmero de oxidacin aumenta. La reduccin es el proceso en el cual una especie qumica gana electrones y su nmero de oxidacin disminuye.]

Las soluciones electrolticas tienen las siguientes caractersticas:-Se genera conductividad elctrica, esto quiere decir que la disociacin o ionizacin forma un ambiente elctrico en la disolucin.-Se produce una alteracin en las propiedades [footnoteRef:6]coligativas independiente de la naturaleza del electrolito. La ionizacin de los electrolitos aumenta el nmero de especies qumicas en el sistema alterando las propiedades coligativas, ya que, al haber ms partculas disociadas, entorpece la cintica molecular. Esto significa que: [6: aquellas propiedades de una disolucin que dependen nicamente de la concentracin.]

- Punto de fusin disminuye.Punto de ebullicin aumenta.Presin de vapor disminuye.[footnoteRef:7]Presin osmtica aumenta. [7: presin que se debe aplicar a una solucin para detener el flujo neto de disolvente a travs de una membrana semipermeable]

Las propiedades fsicas y qumicas de los electrolitos son diferentes a las que presentan sus iones disociados. De ah que el sistema de electrlisis muestre caractersticas nuevas con respecto a su previa ionizacin.-La disociacin de los electrolitos es reversible, establecindose un equilibrio qumico. La disociacin aumentar y se desplazar el equilibrio a medida que aumentemos la dilucin de la disolucin.-Un tipo importante de electrolitos son los cidos y las bases.Exportaciones de ctodos de cobre por la regin de atacama:Durante el ao 2010, la regin de atacama obtuvo un aumento de un 63% en sus exportaciones en comparacin al 2009, pasando de US$3.459 millones a US$ 5.638 millones, es decir US$ 2.179 millones ms. Todo gracias, En su mayora, al aumento de productos mineros como ctodos y secciones de ctodos.La importancia que toma el ctodo de cobre no tan solo a nivel regional, sino que tambin a nivel nacional, se ve reflejado en los datos que se obtienen en cuanto a su venta por el mundo.

(tmf: Tonelada Mtrica Fino)La comercializacin del cobre en ctodo permite tener cobre casi totalmente puro, para poder ser utilizado por ejemplo, dado su excelente conductividad elctrica es el material predominante por el casi 50% del consumo mundial para este propsito, adems de ser utilizado en aleaciones, y tambin en la industria de automviles, naval y en equipos de medida, y ha incrementado su uso en la industria de la construccin, entre otras aplicaciones.

Minerales con alto contenido de Cobre:La calcantita, chalcantita, calclasa o chalclasa, es un mineral del grupo VI (sulfatos) segn la clasificacin de Strunz, descrita por primera vez por Wolfgang Franz von Kobell. Es una piedra semipreciosa de color azul que se sita entre la aguamarina y el zafiro. Es el resultado de la cristalizacin del sulfato de cobre.Al ser [footnoteRef:8]hidrosoluble, slo se encuentra en lugares muy secos. Se presenta formando [footnoteRef:9]estalactitas de hasta un metro de longitud. Es explotado en el yacimiento de Chuquicamata (chile) [8: Hidrosoluble: Que se disuelve fcilmente en el agua ] [9: Estalactita: se forma como resultado de los depsitos minerales continuos transportados por el agua que se filtra]

Formula: Cu (SO4) 5H2O Dureza: 2,5Peso especfico: 2,1 - 2,3Color: azulColor de la raya: blancaBrillo: vtreo, translucidoCristales: laminarFracturamiento: irregularSistema cristalino: triclnicoOrigen: hidrotermal, vetas

Calcopirita CuFeS2 Color: Amarillo-latn, amarillo miel. Raya: Negra verdosa Lustre: Metlico Transparencia: Opaco Sistema cristalino: Tetragonal, escalenodrico Hbito cristalino: Comnmente en drusas, con caras estriadas Exfoliacin: Poco marcada Dureza: 3,5 a 4 (Mohs) Tenacidad: Quebradizo

Calcosina Cu2S Color: Gris oscuro; ptina: negro mate con reflejos azules Raya: Gris oscuro a negra griscea Lustre: Metlico Transparencia: Opaco Sistema cristalino: Cbico (Ortorrmbico) Exfoliacin: Imperfecta Fractura: Concoidea o desigual Dureza: 2,5-3 (Mohs) Tenacidad: Frgil

Crisocola (Cu,Al)4H4 (OH)8 Si4O10 nH2O Color: Verde a azul, a veces pardo Raya: Blanca Lustre: Vtreo a deslucido Transparencia: Translcido a opaco Sistema cristalino: Ortorrmbico Hbito cristalino: Masivo, nodular o botroidal Exfoliacin: Ninguna Fractura: Concoidea Dureza : 2,5 a 3,5 (escala de Mohs) Tenacidad: Frgil

Malaquita (Cu2CO3(OH)2) Propiedades fsicas Color: Verde Raya: Verde claro Lustre Dctil; vtreo en grandes cantidades Transparencia: Opaca a translcida Sistema cristalino: Monoclnico Exfoliacin: Perfecta Fractura: Concoidal Dureza: 3,5 4

Bornita Cu5 Fe S4 Color: Rojo de cobre, marrn de bronce, prpura Raya: Negro grisceo Lustre: Metlico Transparencia: Opaco Sistema cristalino: Tetragonal Hbito cristalino: Granular o masivo Exfoliacin: no Fractura: Concoidal Dureza: 3 a 3,25 (escala de Mohs)

Tetraedrita (Cu,Fe)12Sb4S13 Color: gris muy oscuro metalizado Raya: Negra Lustre: Metlico Transparencia: Opaco Sistema cristalino: Cbico Hbito cristalino: masivo o cristales bien formados Exfoliacin: no Fractura: superficie con fractura desigual Dureza: 3,5 a 4 (escala de Mohs)

DiscusionesA medida que empieza a tomar forma el experimento, es necesario tomar en cuenta los diversos factores y procedimientos que pueden ser determinantes durante el proceso, y que significara la alteracin del mismo. Ante esto surgen diversas interrogantes que son necesarias discutir para la correcta realizacin del experimento. -Ser necesario que el amperaje calculado sea igual al que posee la batera, para que el cobre se deposite correctamente en el ctodo?-Ser necesario sumergir la totalidad del ctodo en la solucin para que este sea recubierto en su totalidad por el cobre?-Influye la concentracin de cobre que existe en la solucin de sulfato de cobre y agua?-es determinante el orden de ctodos y nodos en la celda para la adherencia del cobre?-Existe una relacin entre la cantidad de voltaje de la batera y el tiempo en que esta es aplicada a la celda de EW?

ConclusionesEn cuanto a las discusiones planteadas en este trabajo, se concluye que:El amperaje de la fuente de poder puede ser ms alta, ya que solo vara el tiempo en que el cobre se adhiere al ctodo.En lo experimental no es necesario sumergir la totalidad del ctodo en la solucin para que el cobre se adhiera, pero se observa que el cobre solo cubre la parte sumergida lo que significa, en el plano industrial y comercial, una prdida de material.La concentracin de cobre en la solucin determinar, segn el clculo de la ley de cobre, la cantidad de gramos por litros de cobre en la solucin, es por eso que s es importante la concentracin presente en ella ya que determinara la cantidad de ctodos de cobre por celda que se pueden cosechar.El orden de los ctodos y nodos en la celda siempre es importante, de modo que su orden determina el rea del ctodo que el cobre va a cubrir, de esta forma siempre deben estar ordenado de la siguiente manera; nodo, Ctodo, nodo, sucesivamente.Queda demostrado, en lo experimental, que usar una fuente de poder con mayor voltaje disminuir el tiempo en que el cobre se una al ctodo, lo que significa que existe una relacin inversamente proporcional, lo que quiere decir que a mayor voltaje se obtienen ctodos de cobre en menor tiempo.

BibliografaPortal Minero S.A, Primera edicin, Manual General De Minera Y metalurgia, Chile 2006 https://www.codelco.com/preguntas-frecuentes/prontus_codelco/2011-02-28/183604.htmlhttps://www.codelco.com/flipbook/innovacion/codelcodigital6/PDF_PRESENACIONES/HernandeSolminihac.pdfhttp://www.memoriachilena.cl/602/w3-article-3309.html#presentacionhttps://www.codelcoeduca.cl/biblioteca/naturales/1_naturales_NB6 8B_NM1.pdfhttps://www.codelcoeduca.cl/glosario/glosario_l.asphttp://www.sernageomin.cl/pdf/mineria/estadisticas/estadistica_de_produccion_minera/1_produccion_minera_cobre_2013.pdf

Material AnexoDiagrama obtencin de cobre de minerales oxidados:

Carta Gantt del trabajo:

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