Universidad de La Serena Facultad de Ingeniera Depto. De Ingeniera en Minas

Integrantes:

Sebastin Araya Acha

Marcos Ramrez Riveros Hctor Tapia Quilodrn

Diego Pizarro Roco

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Introduccin Muchos tipos de materiales constituyen materias primas satisfactorias para alimentarse a operaciones de lixiviacin, entre los que pueden mencionarse minerales/concentrados de baja y de alta ley. La lixiviacin de los minerales de baja ley debe hacerse en muy grande escala para que haya una cantidad suficiente de productos metlicos por extraer que haga costeable la operacin. Las grandes cantidades de reactivo que se requieren para tratar grandes tonelajes de mineral por procesar, implican que el disolvente sea debajo precio para que la operacin sea rentable. Con minerales/concentrados de alta ley, se hare unido el metal valioso en un tonelaje ms pequeo y la relacin de material de desecho a valores es ms baja, por lo que la cantidad de reactivos que se requieren en este caso ser inferior a la que se requiere para los minerales de baja ley, en cuyo caso, el costo de los reactivos de lixiviacin no es un factor tan importante. En todos los minerales y concentrados, los componentes minerales deben ser solubles en los reactivos que se empleen, y la roca matriz debe ser substancialmente insoluble. El mtodo por usar lo determina el costo de tratamiento que pueda resultar aceptable, la dificultad para disolver los componentes metlicos deseados y la cantidad de material por tratar. Tanto la lixiviacin atmosfrica como la lixiviacin a presin (autoclave) son de aplicacin comn. Los procedimientos usuales incluyen la lixiviacin subterrnea (in situ), la lixiviacin en terreros o pilas, la lixiviacin en tanques a la presin atmosfrica y la lixiviacin en autoclaves a alta y a baja presin.

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Autoclaves

Un autoclave es un recipiente metlico de paredes gruesas con un cierre hermtico que permite trabajar a alta presin para realizar una reaccin industrial, una coccin o una esterilizacin con vapor de agua. Su construccin debe ser tal que resista la presin y temperatura desarrollada en su interior. La presin elevada permite que el agua alcance temperaturas superiores a su punto de ebullicin. La temperatura y el vapor actuando conjuntamente producen la coagulacin de las protenas de los microorganismos, entre ellas las esenciales para la vida y la reproduccin de estos, llevando as a su destruccin.

Funcionamiento

Las autoclaves funcionan permitiendo la entrada o generacin de vapor de agua pero restringiendo su salida, hasta obtener una presin interna de 103 kPa, lo cual provoca que el vapor alcance una temperatura de 121 grados centgrados. Un tiempo tpico de esterilizacin a esta temperatura y presin es de 15-20 minutos. Los autoclaves ms modernos permiten realizar procesos a mayores temperaturas y presiones, con ciclos estndares a 134 C a 200 kPa durante 5 min para esterilizar material metlico; llegando incluso a realizar ciclos de vaco para acelerar el secado del material esterilizado.

Las autoclaves suelen estar provistas de medidores de presin y temperatura, que permiten verificar el funcionamiento del aparato. Aunque en el mercado existen mtodos testigo anexos, por ejemplo, testigos qumicos que cambian de color cuando cierta temperatura es alcanzada, o bien testigos mecnicos que se deforman ante las altas temperaturas. Por este medio es posible esterilizar todo tipo de materiales a excepcin de materiales voltiles, por lo que se debe tener gran precaucin.

La lixiviacin en autoclaves a presin

La lixiviacin a presin en autoclave se hace con dos fines:

Para acelerar la disolucin de todos los valores que contiene la solucin de lixiviacin Para mejorar el rgimen de solubilizacin de los slidos que, en el mejor de los casos, slo

son solubles lenta-mente a la presin atmosfrica. Los autoclaves cerrados que se usan para la lixiviacin a presin permiten tambin temperaturas ms altas que las que es posible tener con los tanques abiertos, y esto acelera tambin la rapidez de disolucin. Los reactivos gaseosos como el oxigeno, son con frecuencia importantes para la disolucin rpida de los componentes metlicos, y la cantidad de estos gases que puede mantenerse en la solucin lixiviante depender de la presin del gas en el autoclave disolvindose una mayor cantidad mientras ms alta sea la presin y, consecuentemente, mayor ser la rapidez de disolucin de los slidos.

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Los materiales tales como los sulfuros, que son relativamente insolubles en condiciones normales de lixiviacin en tanque abierto, se vuelven solubles si puede mantenerse una presin suficientemente alta para forzar cantidades considerables de oxgeno en la solucin lixiviante. Esto elimina el tratamiento preliminar que se requiere para los sulfuros, en el cual tiene que drseles primero una tostacin oxidante para convertir los sulfuros en sulfatos solubles u xidos antes de lixiviarlos. Los autoclaves para lixiviacin a alta presin se fabrican de metal de alta resistencia mecnica y de acero inoxidable o de titanio para resistir el severo ataque de la solucin lixiviante a temperatura y presin elevadas. Con frecuencia son tambin revestidos de vidrio, plomo o ladrillo para evitar la corrosin del equipo, y por lo general tienen algn tipo de agitador. Con frecuencia tambin se tienen serpentines de enfriamiento o de calentamiento interconstruidos para prever la necesidad de remover o agregar calor a la solucin de lixiviacin dentro del recipiente durante el proceso.

Figura 1.1 Autoclave para la lixiviacin a presin Se encuentran autoclaves de tipo vertical u horizontal, siendo ambos tipos de longitud varias veces (cuatro o cinco) mayor que su dimetro.

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Figura 1.2 Autoclave Vertical

Figura 1.3 Autoclave Horizontal El autoclave de tipo horizontal que se usa en los concentrados de sulfuros est dividido en cuatro compartimientos, con un impulsor accionado mecnicamente en cada uno de ellos para mantener los slidos en suspensin. Tambin va provisto de serpentn de enfriamiento para mantener la reaccin de lixiviacin a la temperatura ptima. La lixiviacin se efecta en varios recipientes de reaccin instalados en serie, y en aproximadamente 90 minutos, entra en solucin el 95% del contenido metlico que llevan los slidos. La solucin cargada se separa del residuo insoluble en espesadores y se dirige a la planta de precipitacin para recuperar los valores que contiene. La lixiviacin en autoclaves puede ser a alta presin y a baja presin.

La lixiviacin a alta presin: La lixiviacin a alta presin de los concentrados de sulfuros de cobre, se lleva a cabo, por ejemplo, en el proceso Sherritt Gordon en el cual se combina el tratamiento de los concentrados de la flotacin de nquel, cobre y cobalto en forma de sulfuros, en los cuales el cobre no es el

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elemento constitutivo principal, sino que representan 2% del total, en comparacin con 10% de contenido de nquel.

La lixiviacin se efecta en dos etapas, utilizndose en cada una autoclaves de cuatro compartimientos, de 44 pies de largo por 11 pies de dimetro (13.4 x 3.35m), teniendo en la primera etapa 185 F (85 C) y 120 lb./pulg2 (827 kPa) y en la segunda 175 F (80 C) y 130 lb./pulg2 (896 kPa). La tercera parte del tiempo de lixiviacin corresponde a la primera etapa y dos terceras partes a la segunda. La reaccin de lixiviacin es exotrmica, y los autoclaves tienen serpentines de enfriamiento para eliminar el calor generado, as como agitadores para mantener los slidos finos en suspensin y promover la ptima accin de lixiviacin .La operacin de lixiviacin se realiza mediante una reaccin de los minerales de sulfuros con el oxigeno disuelto, el amoniaco y el agua, que los convierte en aminas solubles que entran en solucin. La solucin cargada se extrae y se trata en un circuito de precipitacin para recuperar los 7 gpl de cobre que contiene.

La lixiviacin a baja presin: La lixiviacin a baja presin de los lodos de los concentrados de sulfuro de cobre se efecta en el proceso Arbiter, de la Anaconda Company. En septiembre de1974 se puso en marcha una planta con capacidad para 36,000 toneladas de cobre por ao; despus se cerr y se dej en reserva en junio de 1975. Tras un perodo prolongado para acondicionarla para operaciones en invierno y hacerle otras modificaciones, entr en servicio de nuevo en 1976. El proceso Arbiter lixivia el concentrado de sulfuro de cobre en forma de pulpa en un sistema de oxigeno-amoniaco-sulfato de amonio a 102 F (70 C) bajo una presin de alrededor de 1/3 de atmsfera (5 libras por pulgada cuadrada (34.5 kPa)). El cobre entra en solucin como sulfato de la amina de cobre (CuNH4SO4), y la pirita de hierro es insoluble. Como se plane originalmente, la lixiviacin va seguida primero por una separacin por extraccin con disolvente de la solucin, y luego por precipitacin electroltica para recuperar el cobre. Sin embargo, una innovacin ms reciente del proceso es la posible eliminacin de estos dos pasos para recuperar el cobre directamente en forma de sulfito cuproso de amonio precipitado, tratando la solucin con SO2. Esta modificacin podra reducir la inversin de capital requerida en una tercera parte.

Efecto de la temperatura en la lixiviacin Las mejores disoluciones de cobre se obtienen para una temperatura de 100 C. A temperaturas mayores de 120 C., se observa una disolucin rpida de cobre a tiempos cortos de lixiviacin pero a tiempos mayores la velocidad de reaccin disminuye abruptamente dando extracciones mucho ms bajas que las obtenidas a 100 C. Esto se puede atribuir, para casos en que la muestra tenga a su vez covelina, a que a 120 C el azufre elemental formado por la disolucin es de la covelina se funde y moja la superficie de las partculas, creando una capa protectora que impide la reaccin de disolucin contine. Este efecto de pasivacin producido por azufre lquido se ha observado tambin en la lixiviacin de calcopirita.

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Lixiviacin en autoclaves de los sulfuros de cobre (Calcopirita, Bornita) Los sulfuros de cobre se lixivian en gran variedad de formas, por lixiviacin en el sitio, en pilas y por percolacin en tanques a presin atmosfrica, y tambin en autoclaves agitados a altas y bajas presiones. En la lixiviacin atmosfrica, se oxidan los sulfuros a sulfatos solubles y a xidos, los cuales se disuelven fcilmente en las soluciones lixiviantes acuosas de cido sulfrico y sulfato frrico, o bien pueden lixiviarse como sulfuros con cloruro frrico. En los autoclaves de alta presin se tiene una solucin acuosa concentrado de amoniaco que disuelve al cobre. Debido a que el cobre es uno de los pocos metales que forman iones complejos cupro amoniacales, puede de esta manera recuperarse selectivamente. La lixiviacin abaja presin se efecta a presin casi atmosfrica en un sistema de oxigeno-amoniaco-sulfato de amonio y es el ms reciente de los procesos de lixiviacin

Lixiviacin de calcopirita (CuFeS2)

La calcopirita es difcil de oxidar en comparacin con minerales de Zn y Pb, con el objetivo de reducir el tiempo de reaccin se lixivia a levadas presiones y temperaturas, son necesarias de 15 a 30 atm de presin para lixiviar calcopirita y de 1 a 2 atm para lixiviar Zn. A nivel industrial un concentrado de calcopirita se lixivia en autoclave a 95 C y una presin de 12 atmsferas utilizando una solucin amoniacal y sulfato de amonio, la temperatura de lixiviacin no debe ser superior al punto de fusin del S por lo que se limita 115 C. La reaccin que ocurre en el reactor es la siguiente:

Bajo estas condiciones y con un exceso de calcopirita se obtiene una solucin resultante con 65 g Cu/L y 5 g Fe/L en dos horas y 30 minutos.

Figura 1.4 Mineral de Calcopirita

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Lixiviacin de Bornita (Cu5FeS4)

Es extrada por su importancia industrial como mena del cobre y se encuentra en depsitos porfdicos junto con otra mena de cobre ms abundante y comn, la calcopirita. Tanto la calcopirita como la bornita son sustituidas por calcosina y covelina en los depsitos enriquecidos en cobre.

La naturaleza refractaria de los minerales sulfurados hace ms difcil su lixiviacin, esto se ve reflejado al comparar minerales oxidados y sulfurados con respecto a su recuperacin y al tiempo que se demora en recuperar el mineral de cobre. Su disolucin por debajo de 40 C con Fe+, se realiza por dos etapas, siendo la primera mucho ms rpida, termina con la disolucin del 28% del cobre, la segunda es lenta y prcticamente se detiene cuando un 40% del Cu ha sido extrado. Adems se obtiene como subproducto de esta segunda etapa a la calcopirita, la cual para disolverse tambin necesita de dos etapas, pero esta ves ambas son lentas, lo cual solo deja espacio a una lixiviacin en autoclaves para hacer econmica su recuperacin, pero esto se hablara con mayor detalle ms adelante. Si bien la bornita puede tratarse a temperaturas normales, as mismo podemos tratar desde un comienzo este mineral a temperaturas mayores, en donde las dos etapas se presentan con mayor rapidez, la primera hasta con un 40% de extraccin y la lenta hasta la disolucin total del cobre. Estos resultados hacen que la lixiviacin en autoclaves sea una gran oportunidad para la industria para recuperar ms cobre y en menor tiempo.

Etapa 1:

Etapa 2:

Figura 1.5 Mineral de Bornita

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Conclusin No cabe duda que la tecnologa en todos los mbitos nos ha beneficiado de alguna u otra manera es as como la hidrometalurgia y sus procesos se han desarrollado exitosamente de la mano del desarrollo tecnolgico. Es as como la lixiviacin en autoclave nos entrega un proceso mucho ms eficiente, con mejor recuperacin y ms variedades de lixiviacin. Las grandes compaas mineras estn al tanto del desarrollo tecnologa es as que eligen algunas, la lixiviacin en autoclaves obteniendo mejores recuperacin y procesos tratados al ms alto nivel. Podemos concluir que unos de los procesos ms importantes en el desarrollo minero es la recuperacin del mineral valioso, que me entregara los recursos suficientes para poder solventar los costos que me significan todos los procesos de extraccin, desarrollo, etc. Por lo tanto este proceso no se puede tomar a la ligera y necesita de un estudio excautivo y la mejor tecnologa y rendimiento de todos sus equipos y procesos, es as que la lixiviacin en autoclave se presenta como una excelente opcin en lo que significa recuperacin del mineral, y una mejor recuperacin econmica, cumpliendo con altos estndares tecnolgicos y variadas opciones de lixiviacin.