lixiviacion de minerales por agitaciÓn

LIXIVIACION DE MINERALES POR AGITACIÓN

DIANA VARGAS CASTRO2070565

FABIAN QUESADA PLATA

DOCENTE:ING JULIO PEDRAZA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍAS METALURGICA Y CIENCIA DE MATERIALES

FACULTAD DE INGENIERIA FISICO-QUIMICAS2012

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL.

Obtener un conocimiento práctico sobre el proceso de lixiviación por agitación a nivel de laboratorio e interpretar los resultados experimentales para evaluar el efecto de algunas variables sobre la eficiencia y la cinética del proceso.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Evaluar la eficiencia del proceso de lixiviación por agitación medida mediante el cálculo de la disolución de cobre y el consumo de ácido.

Estudiar y evaluar el efecto de variables operativas importantes tales como: tiempo, velocidad de agitación, relación sólido-líquido en las diferentes pruebas experimentales de lixiviación por agitación.

Interpretar los resultados experimentales mediante tablas y graficas para evaluar el efecto de las variables y su influencia en cada proceso.

MATERIALES Y EQUIPOS.

Recipiente para lixiviación con capacidad de 3 Kg de pulpa. Balanza común. Agitadores mecánicos de alta velocidad (500-1500 rpm). Filtro para pulpas de lixiviación. Mena de cobre oxidada. Acido sulfúrico. Equipo y materiales para análisis químico de cobre (minerales y soluciones de

ácido sulfúrico) y ácido sulfúrico (solución acuosa).

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RESUMEN TEÓRICO

LIXIVIACIÓN

Es un proceso químico metalúrgico mediante el cual se extrae un metal contenido en un sólido, ya sea de un mineral o de otro material, mediante su disolución en una solución acuosa.

Este proceso originalmente se desarrolló para extraer los metales a partir de sus minerales o fuentes primarias. Hoy en día se tratan otros materiales o fuentes secundarias, tal es el caso de las chatarras o de las escorias.

La disolución del sólido generalmente es parcial, solo en casos muy particulares es total, quedando al final un residuo sólido que normalmente se le conoce como colas de lixiviación.

La lixiviación constituye el proceso extractivo fundamental de la hidrometalurgia, puesto que por ser el primer proceso hidrometalúrgicos aplicado en la recuperación de un metal desde el sólido que lo contiene, la eficiencia de este proceso repercutirá en muy alto grado sobre el porcentaje de recuperación del metal.

Existen algunos casos muy particulares, en los cuales lo que se busca es eliminar las impurezas contenidas en el mineral valioso y, en este caso las impurezas son disueltas por el agente lixiviante, mientras que el material valioso permanecerá sin disolver. Este es el caso del procesamiento de minerales industriales en donde la lixiviación se aplica para disolver las impurezas, tales como el hiero y el titanio en los caolines.

Etapas del proceso de lixiviación. La lixiviación se realiza en tres (3) etapas:

o Disolución del metal.o Separación sólido – líquido.o Lavado de colas.

Lixiviación por agitación.

La lixiviación por agitación se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de chancado, o cuando el mineral deseado está tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solución lixiviante. Es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y concentrados.

La lixiviación por agitación consiste en introducir un agente lixiviante junto con el material en un medio de agitación, donde los sólidos se encuentran en suspensión con el agente lixiviante. Para la aplicación se requiere que el mineral esté finamente molido, por esto se elabora solamente a minerales frescos de leyes altas, debido a que por su contenido se justifica una molienda húmeda, a cambio de una mayor recuperación y menor tiempo de proceso , o también a concentrados o calcinas de tostación.

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La agitación puede realizarse por medios mecánicos o bien con aire, usando el sistema con air-lift. Este sistema de lixiviación se ha aplicado para recuperar cobre, oro y cobalto. El sistema de lixiviación por agitación es adecuado para la aplicación de factores que favorezcan la cinética de la reacción, tales como:

Agitación intensa. Temperaturas que pueden ser cercanas a 250°C y presiones superiores a

la atmosférica. Presión de gases controlada. Uso de reactivos oxidantes y altamente agresivos.

Habitualmente se aplica un lavado, después de la lixiviación. Este lavado se realiza a contracorriente y su fin es desimpregnar de las soluciones los sólidos de las colas. Pero algunas veces se prefiere lavar las colas en filtros al vacío, así se ahorra agua y se evita una alta dilución de las soluciones ricas.

Sus ventajas comparativas con otros métodos de lixiviación son: Alta extracción del elemento a recuperar Tiempos cortos de procesamiento (horas) Proceso continuo que permite una gran automatización Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos

Sus desventajas son:

Un mayor costo de inversión y operación Necesita una etapa de molienda y una etapa de separación sólido líquido

(espesamiento y filtración).

VARIABLES DEL PROCESO

El análisis de las variables de la lixiviación por agitación en sistemas industriales, para la definición y optimización del proceso, debe necesariamente hacer confluir aspectos técnicos, operacionales y económicos. [1]

Granulometría Tiempo de lixiviación Mineralogía del mineral Otras variables

4

PROCEDIMIENTO

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1. Pesar 500 g de mineral triturado, preparar una solución lixiviante al 5% en peso.

2. Medir el pH de esta solución y guardar una alícuota de 40 ml para obtener la cantidad de acido por titulación.

3. Medir el volumen de ácido sulfurico para la solución al 5% en peso y depositarla en el recipiente donde se realiza la lixiviación.

4. Montar la solución en el agitador magnetico y depositar alli el mineral cuidadosamente.

5. Ajustar el proceso de agitación a 500 r.p.m

tomando el tiempo de incio

6. Tomar muestras en diferentes intervalos de tiempo, filtrarlas y realizar analisis quimico.

7. Terminado el proceso de 1 h, realizar una separación solido - liquido, guardando cuidadosamente el liquido obtenido

8. Medir el volumen final y pH de la solución obtenida.

9. A las colas que quedan en el filtro se les somete a tres lavados con agua. Para cada lavado, se utiliza un volumen de agua equivalente a 4 volúmenes de liquido retenido por ese mineral (20%).

10. Se guardan alicuotas de 40 ml para análisis de cobre disuelto y ácido libre. Tomar una muestra de 100 g de colas húmedas para determinar por secado el volumen verdadero de sln retenida.

11. Reportar el peso total de colas secas (bandeja + cápsula) y el valor del líquido retenido por las colas, con diferencias de pesos de las colas húmedas y secas. Determinar el cobre no disuelto por análisis químico.

Ensayo 1: 500RPM, 20%S , 25oCPeso mineral: 500 gramos Volumen solución lixiviante: 2 litrosMuestr

aNo

Volumen muestra Inicial

mL

Determinación concentración de Cobre Titulación de ácido libreVolumen alícuota

uL

Volumen dilución

final para análisis mL

Lectura concentración

equipo AA ppm

Volumen

alícuota de

muestramL

Volumen carbonato

gastadomL

1 (5min)

40 500 100 2,05 20 23

2 (10 min)

40 500 100 4,82 20 21.5

3(20 min)

40 500 100 7,21 20 20,6

4(40 min)

40 100 100 1,85 20 19.8

5(60 min)

40 100 100 2,67 20 18.5

Lavado 1

40 1000 100 3,24 20 7.3

Lavado 2

40 1000 100 1,85 20 0.4

Lavado 3

40 1000 100 0 20 0.2

Ensayo 2: 500 RPM, 40%S , 35oCPeso mineral: 500 gramos Volumen solución lixiviante: 0,750 litros

MuestraNo


mL


uL

Volumen dilución



equipo AA ppm

Volumen alícuota de

muestramL

Volumen carbonato

gastadomL

1(5 min)

40 500 100 5,85 20 27

2(10 min)

40 100 100 4,82 20 25.3

3(20 min)

40 50 100 3,29 20 24.6

4(40 min)

40 50 100 4,85 20 24.1

5 40 50 100 5,67 20 23.7

6

(60 min)

Lavado 1

40 500 100 7,8 20 3.1

Lavado 2

40 1000 100 4,9 20 0.2

Lavado 3

40 1000 100 0 20 0

Ensayo 3: 1500 RPM, 20%S, 25oCPeso mineral: 500 gramos Volumen solución lixiviante: 2 litrosMuestra

NoVolumen muestra inicial

mL


uL

Volumen dilución



equipo AA ppm


muestra mL

Volumen carbonato

gastadomL

1(5 min)

40 500 100 2,24 20 18.7

2(10 min)

40 500 100 5,56 20 17.3

3(20 min)

40 500 100 7,89 20 16.8

4(40 min)

40 100 100 1,98 20 16.6

5(60 min)

40 100 100 3,02 20 16

Lavado 1 40 1000 100 3,28 20 4.1

Lavado 2 40 1000 100 2 20 0.1

Lavado 3 40 1000 100 0 20 0

Ensayo 4: 500RPM40%S , 25oCPeso mineral: 500 gramos Volumen solución lixiviante: 0,750 litros

MuestraNo


mL


uL

Volumen dilución


Lectura concentración equipo AA

ppm


muestra mL

Volumen carbonato

gastadomL

1(5 min)

40 500 100 4,01 20 18.2

2(10 min)

40 100 100 2,41 20 17.6

3(20 min)

40 50 100 1,85 20 17.4

7

4(40 min)

40 50 100 2,65 20 17

5(60 min)

40 50 100 3,51 20 16.5

Lavado 1 40 500 100 3,2 20 5.1

Lavado 2 40 1000 100 1,82 20 1.2

Lavado 3 40 1000 100 0 20 0.1

Ensayo 5: ESTÁTICO 20% SPeso mineral: 500 gramos

Volumen solución lixiviante: 2000 mililitros

MuestraNo

Volumen muestra

inicial mL


uL

Volumen dilución final mL


equipo AA ppm


muestramL

Volumen carbonato

gastadomL

1( 5 min)

40 5000 100 4.15 20 31.3

2(10 min)

40 1000 100 3.1 20 30.4

3(20 min)

40 500 100 2.82 20 30

4( 40 min)

40 500 100 4.19 20 26.3

5(60 min)

40 500 100 5.81 20 22.1

Lavado 1 40 5000 100 3.21 20 8.3

Lavado 2 40 10000 100 2.8 20 1.1

Lavado 3 40 10000 100 0 20 0.1

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LICOR (SOLUCIÓN RICA) FINAL Y COLAS (RESIDUOS) DE LIXIVIACIÓN

Ensayo pH inicial

Licor filtrado final obtenido de separación

S/L

Volumen de solución retenida/100 gramos de

colas húmedasmL

Peso total de colas secas

g pH final Volumen mL

1 0.65 1 1670 16,61 468.45

2 0.65 1,06 445 15.8 465.77

3 0.65 1.02 1645 21.2 464.02

4 0.65 1,10 750 16.8 469.7

5 0.65 0.94 1580 16.54 470.02

CALCULOS

1. Calcular el volumen de ácido sulfúrico necesario para la preparación de 10 litros de solución lixiviante, al 5% en peso.Considerando la densidad del H2SO4 para un 100 % de pureza equivalente a 1,87g/ml. y para un 95,8% de pureza equivalente a 1.83 g/ml.

% peso= Pesosoluto , gPesosoluto+Pesosolvente

×100

5%= Peso soluto , gPeso soluto+Peso solvente

×100

W H 2SO4=5100

×(W H 2SO4+W H 2O)

W H 2SO4=0,05W H 2SO 4+0,05W H 2O

W H 2SO4=0,05W H 2SO 4+0,05W H 2O

W H 2SO4−0,05W H 2SO 4=0,05W H 2O

0,95W H 2SO4=0,05W H 2O

Se obtiene:

W H 2O=19W H 2SO4

9

Ecuación 1

Siendo, el volumen de solución la suma del volumen de soluto y solvente, tal como aparece en la ecuación 2

V Sln=V Sto+V Ste

Ecuación 2

Reemplazando V= W/ρ en la ecuación 2, se obtiene

V Sln=W H2 SO4

ρH2 SO4+W H 2O

ρH 2O

Ecuación 3

Siendo ρH 2SO4=1,87gmL

y ρH 2O=1gmL

y remplazando la ecuación 1 en la ecuación 3, se

obtiene

10000mL=W H 2SO 4

1,87+19W H2SO 4

1

10000mL=W H 2SO 4+35,53W H 2SO4

1,87

Resolviendo,

W H 2SO4=511,90 gramos

Ecuación 4

Tomando como referencia la ecuación 4, V= W/ρ y 100 % de pureza del soluto, se obtiene:

V H 2SO4=273,74mL

Ecuación 5

V H 2SO4=273,74×95,8%

100%

Finalmente, el volumen de ácido sulfúrico necesario para la preparación de 10 litros de solución lixiviante, al 5% en peso y con 95,8 % de pureza es:

10

V H 2SO4=262,24mL

2. Con los resultados de los análisis químicos, efectuar los cálculos para elaborar las siguientes gráficas. Acido libre Vs tiempo y consumo de ácido Vs tiempo; % de cobre disuelto Vs tiempo; Kg de H2SO4 consumido/Kg de cobre disuelto Vs tiempo.

6. De acuerdo a los resultados obtenidos diseñar un sistema simple de lavado de colas.

LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓN

Figura 1. Diseño lavado de cola, lixiviación por agitación.

El lavado de las colas del sistema de lixiviación por agitación es representada mediante un esquema en la figura 1; el sistema consta de dos etapas simples que consisten en:

Primera etapa, el descargue de la solución licor y las colas del tanque de agitación; se separa los sólidos de líquidos por el filtro donde el licor pasa a un proceso de

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recuperación del cobre disuelto y del ácido presente para la recirculación en el último al sistema de lixiviación. La segunda etapa, representa el lavado de las colas necesario para la recuperación del cobre disuelto y el ácido libre que se encuentra en el líquido retenido; en este proceso se realizan dos lavados con agua, de los cuales, se recupera parte del cobre disuelto y el ácido libre de las colas.

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