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Bloque2.ProcesosMetalúrgicosUnitarios

MetalurgiaySiderurgia

MaríaLuisaPaynoHerreraJesúsSe3énMarquínezDPTO.DECIENCIAEINGENIERÍADELTERRENOYDELOSMATERIALES

EstetemasepublicabajoLicencia:CreaKveCommonsBY‐NC‐SA3.0

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/

Bloque2.ProcesosMetalúrgicoUnitarios


MaríaLuisaPaynoHerrera/JesúsSeKénMarquínez

Métodosgeneralesdeextraccióndeunmetaldesumena•  Víasecaopirometalurgia

  Calcinaciónotostación  Fusión  VolaKlización  Electrolisisdesalesfundidas

•  Víahúmedaohidrometalurgia  Disoluciónolixiviación  Purificaciónoconcentración  AmalgamaciónodesKlacióndelaamalgama

  electrolisis

BLOQUE2.ProcesosMetalúrgicosUnitarios




Tratamientos por vía seca o pirometalurgia

•  CalcinaciónotostaciónEslaoperaciónporvíasecaenlaqueobtenemoselmetalsinfusiónysinevaporación

Puedeser: Sinmodificaciónquímica Conmodificaciónquímica

•  SinmodificaciónquímicaTieneporobjeKvomodificarlascondiciones^sicasdelproductoquesecalcinaypuedeser:

 Desecación Caldeoparaseparacióndedosomáscuerpos




•  DesecaciónEslaencargadadeeliminaruncompuestolíquidoqueimpregnaelmineral.NormalmenteesaguaodisolventeVentajas

  Facilitarelmanejoposteriordelproducto

  Reducircostedeltransporte  Aumentarlacapacidaddetrabajodelosaparatos

  Preservarlosproductosduranteelalmacenamiento

  HAYQUEVALORARSIEMPRELOQUEENCARECELADESECACIÓN•  Caldeoparaseparacióndedosomáscuerpos

EseltratamientoqueseledaaunamenaconobjetodequesuparteúKlquedealestadosólidoeinalterable,peroquepartedelagangapasealestadolíquidoodevaporEseltratamientoquesedaalaspizarrasbituminosascupríferasparasepararleslosaceitesqueposeen




Calcinacióncondescomposiciónquímica

•  Calentamientosinfusión•  Pretendeunamodificaciónquímicageneralmentesela

denominatostaciónquepuedeser:–  Simple–  Oxidante–  Clorurante–  Carburante–  MagneKzante–  Aglomerante




Tostaciónsimple

  Calentamientosinfusiónofusiónincipientedelamena  SolamenteintervienenmenaycombusKble  Elmetalquedacombinadoyenformasólida,nohayvolaKlización,nifusión  EssiempreendotérmicaReacciones:

  Descomposicióndeloscarbonatosmetálicos: CO3M+calor—>MO+C02(gas)

  Descomposicióndelossulfatosmetálicos: SO4M+calor—^MO+SO2(gas)

  Descomposicióndeloshidróxidos:M(OH)2+calor—>MO+H2O(gas)

  Descomposicióndelosóxidos:3MO2+calor—>M304+02(gas)

  Descomposicióndelossulfurosdobles:2S2M+calor—>2SM+S2(gas)




Aplicacionesdelatostaciónsimple

•  Suaplicaciónprincipalesparamenasenformadecarbonatososulfatos

•  Enprimerlugarseproducelaperdidadeagualibrequenofinalizahastatemperatura

mayorde100ºC

•  Elaguacombinado(hidratación)terminaa500ºCqueescuandocomienzaladescomposicióndeloshidróxidos

•  Entre200y700ºCsedisocianloscarbonatosysulfatos,perolosalcalinotérreosse

disociana1.000ºC




Tostaciónoxidante

•  Elprocesoconsisteenelcalentamientosinfusióndeunamenaencontactoconunagenteoxidante

•  Elagenteoxidantegeneralmenteesoxígenodelaireouncompuestoquímico(óxido,nitrato)quealdescomponerseproporcioneeloxígeno

•  Latemperaturadebedeserlosuficientementealtaparaqueelequilibriosedesplacehacialadescomposicióndelamena.

•  Silatemperaturaesdemasiadoaltasefundelasuperficieeimpidelaoxidación

•  Senecesitaexcesodeaire,porencimadeloxígenoteórico,paracompensarladiluciónengasesproducidos




Factoresqueinfluyenenelproceso

•  Temperatura: depende del Kpo de mena y Kpo de horno. Mayor de 500ºC ygeneralmenteentre750‐950ºC

•  Concentración de oxígeno: a mayor concentración de oxígeno más velocidad dereacción ymenor pérdida de calor por el exceso de aire y nitrógeno (se inyecta aireenriquecidoconoxígeno)

•  Forma de presentación de lamena:más dividida,mayor velocidad de reacción peromásarrastredeparmculasdemenaporlosgases

•  Siempreseformaelóxidoconmayor%demetal




Tostaciónoxidante

•  ElobjeKvopuedeser:

 Descomponeralamenaproduciendoelmetallibre(extraccióndirecta)(1)

 Descomponerlamenadandouncompuesto(óxidoosulfuromássencillo)dondeelmetalseamásfácildeseparar(2)

 Descomponerlamenaenotroscompuestosintermediosparaunatransformaciónposterior(tostaciónparcial)(3)




Tostaciónoxidante

Extraccióndirecta(1)

•  ObjeKvo: Descomponerlamenaenungasyelmetalaobtener

Reacción: SM(s)+O2(g) SO2(g)+M(s)

Temperatura:

 DependedelKpodemena,generalmente>400ºC




•  Transformaciónenuncompuestomásfácildereducir(2)•  DeunóxidoenotroóxidoenelqueelmetalMtengamenosafinidadpor

eloxígeno

  4M3O4(s)+O2(g)=6M2O3(s)

•  Transformarunsulfuroenunóxidoo“tostaciónamuerte”

  2MS(s)+3O2(g)=2MO(s)+SO2(g)

•  Transformarunsulfuroenunsulfatosolubleparaseguirelprocesoporvíahúmeda

  SM(s)+O2(g)=SO4M2(s)

Tostaciónoxidante




“Tostaciónamuerte”

•  Lareacciónesexotérmica(200‐750ºC)ydependiendodelKpodemenapuedenonecesitarsecombusKbleauxiliar.Seproducenperdidasdecalorporlasalidadegasesycalcinado,porlasparedesdelhorno

•  Tambiéninfluyeelcontenidodeazufrequepuedetolerarseenlacalcine.Cuantomásbajomásnecesidaddetemperaturaenelhorno

•  HoyparaahorrarenergíaseuKlizanvariosfactores: precalentamientodelacarga preparacióndelacarga(contenidoenazufre,tamañodegrano) Controldelaatmosferadelhornoyrecirculacióndegases Fluidificacióndellecho




Tostaciónparcial

•  ObjeKvo:transformarlamenaporoxidaciónparcial,quedandoelmetalparteensuformaquímicaoriginalypartecomoóxido

•  Variantes:segúnseproceseelproductodelatostaciónparcialtenemos:

 Tostaciónparcialpreviaaunareacción tostaciónparcialpreviaaunafusión




Tostaciónparcialpreviaaunareacción

•  Tieneporobjetonoverificarlaoxidacióncompletadelossulfuros,paraobteneruntostadoquecontengaunapartedesulfurosinreaccionarmezcladaconóxido,paraposteriormenterealizarunareacciónentreelóxidoformadoyelsulfuronooxidado

•  Reaccióninicial 3MS(s)+3O2(g)=SM(s)+2MO(s)+SO2(g)•  Reaccionesposteriores

•  a)SM(s)+2MO(s)=SM(s)+SO4M(s)•  b)SM(s)+SO4M(s)=2M(s)+SO2(g)




Tostaciónparcialpreviaaunafusión

•  ObjeKvo:separardosmetalesM1,M2presentesenunamenacomplejasulfurada

•  Fundamento:eligiendoconvenientementelatemperaturaenfuncióndelaafinidaddeambosmetalesseconsiguequeunodeellospaseaóxidoyelotroquedecomosulfuro

•  EnlareacciónposteriordefusiónañadiendolosreacKvosadecuadospodemossepararunodelosmetalesenestadofundidoyelotroenformadeescoria

•  2CuFeS2+3O2 2CuS2+2FeO+2SO2•  CuS2+FeO+SiO2 CuS2+SiO2.FeO




TostaciónClorurante•  ObjeKvo:transformarunamena(sulfuro,óxido)enunclorurosolubleo

voláKlparasuposteriortratamientoReacciones:

2ClNa(s)+SM(s)+2O2(g)=Na2SO4(s)+Cl2M(s,l,g)4ClNa(s)+2MO(s)+S2(s)+3O2(g)=Na2SO4(g)+2Cl2M(s,l,g)

•  ReacKvos:cualquiercloruro,peroporrazoneseconómicasseemplean: MgCl2 CaCl2 NaCl clorogas




•  Fundamentalmenteesuntratamientoparalosacerosqueconsisteenmodificarlasuperficiedeunaceroparaaumentarsuspropiedadesmecánicas(generalmentedureza)

•  Existendosprocesos:

 Cementación(seañadesolocarbono) Carbonitruración(seañadencarbonoynitrógeno)

TostaciónCarburante




Tostaciónmagne3zante•  ObjeKvo:transformarFe2O3(nomagnéKco)enFe3O4(magnéKco)porcalentamientoentre

700‐800ºCposibilitandolaseparaciónyconcentraciónmagnéKcaposterior•  Proceso:uncombusKblequemadoenatmosferapobreenoxígenogeneraelcalorylosgases

reductoresnecesariosparalatransformaciónquímica.

•  Serealizaenunhornorotatorioencontracorriente

mineralEncargadosdemantenerelhornoalatªnecesariaparalatostaciónmagneKzante

descarga




Tostaciónaglomerante

•  Existendosvariantes:  Tostación por núcleos, cuyo objeKvo es enriquecer elmineral en un

metal.Elcasomasfrecuenteeseldepiritascupríferas

o  Pilaexteriordepiritao  Oxidaciónexotérmicaespontáneao  Fusiónde sulfurode cobreque se concentraenel interior yquedarevesKdoporcapadeóxidodeFe

o  Fragmentaciónyseparación




  Sinterizaciónesunaaglomeracióndepolvodemineral(<10mm...)queseproducecuandoelaireoxidasuperficialmenteyfundeexteriormentelasparmculasqueseaglomeran. Si elmineral noKeneazufre y no se genera calor se agrega cok enpolvo

•  Variables en la sinterización :menores perdidas de polvo,mejor transmisión decalor,mejorresistenciamecánica,mejorcirculacióndegases

Cintadesinterización




Fusión

•  Procesometalúrgicoqueoriginaunproductoenestadofundido:unmetalnoaptoaunparasuusocomercialounproductointermedio(mata,Speiss)

•  Variantes:

  Sinmodificaciónquímica

  conmodificaciónquímica




Fusiónsinmodificaciónquímica

•  elmetalpermanece,comoigualcompuestoquímicoqueenlamenaKpo:

 separacióndeunmetaldesuganga

 fusióndeunmetal preparacióndeunaaleación afinodeunmetal




•  seadicionanreacKvosyelmetalolagangavaríansucomposiciónquímica

 oxidante reductora conprecipitaciónescorificante carburante sulfurante complejas

Fusiónconmodificaciónquímica





a)Separacióndeunmineraldesuganga•  seconsiguesepararmetalygangaporque:

–  tfusióndelmetal<tfusióndelaganga–  tfusióndelmetal>tfusióndelaganga–  tfusióndelmetaltfusióndelaganga(peroformandodoscapasde

líquidonomiscible)•  Ejemplo.Metalurgiadelníquel

capasuperiorfundidasulfurodeCuyNa•  mineralmatafusión

capainferiorfundida sulfurodeNi

sulfurosdeCu,Ni,Na





b)Fusióndeunmetal•  Operaciónnecesariaparaobtenerelmetalenlingotecomercial

•  Noseproducereacciónenlamasaprincipalperosucedenreaccionessecundariasqueafectanalacalidaddelproducto

•  Lasreaccionessecundariaspuedenserproducidasporlaspropiasimpurezaspresentesenelmetaloporelcontactoconotroselementosdelproceso(paredesdelhorno,atmósfera,moldes)

•  LosKposdereaccionessecundariaspuedenser:

  Disoluciónordinariaenelmetallíquido  Formacióndeunaaleaciónsuperficialentremetalymaterialdelmolde  Transferenciadesólidohaciainteriordellingotepordiferenciade

temperaturas  Reacciónentremetaleimpurezasoentrediferenteselementos

presentescomoimpurezas





C)Preparacióndeunaaleación•  SeobKeneunaaleaciónporfusióndesusconsKtuyentesen

proporcióndeterminadaporlaspropiedadesaalcanzaryporeldiagramadeequilibrio

•  Seproducenreaccionessecundarias:–  Oxidación–  Disolucióndegases–  VolaKlización

•  Latemperaturavienedeterminadaporlasexigenciasdeldiagramadeequilibrioyporlanecesidaddeminimizarlasreaccionessecundarias





d)Afinoporlicuación  SebasaeneldisKntopuntodefusióndelmetalydelasimpurezas  Enlaseparaciónpordensidadesentreelmetalylasimpurezas,ambosen

estadolíquido  EneldisKntopuntodesolidificaciónentreelmetalpuroylasimpurezas

•  EjemplodelametalurgiadelPb Plomodeobra(Ag>1,6%,Cu,Bi,As) Fusiónyposteriorenfriamientolento

SólidocristalinoPbypobreenAg + FundidoPbargenmfero(muchaAg)yBi




FUSIÓNCONMODIFICACIÓNQUÍMICA

•  Consisteenlareacciónenfaseheterogénea,conpredominiodelafaselíquida,entremetal,gangayreacKvos,dandolugaraunproductoenelquesusdiferentescomponentespuedensepararsepormétodos^sicos

•  Elprocesovieneregidopor:–  Condicionesdelequilibriotermodinámico:concentración,composición,fases,

presionesytemperaturas–  CondicionescinéKcasdelasreacciones:velocidaddereacción,tamaño

granulométricodereacKvos,transferenciademateriaycalorenelreactor–  Fasesdelosproductos(sólido,líquido,gas)quedeterminaranlasopcionesde

separación–  Lascondicionesdelosprocesos(presión,temperaturaycomposición)vienen

determinadasconelauxiliodediagramas:•  Energíalibre,presionesparciales•  Deestado(metal,carbono,oxigeno)y(metal,azufre,carbono,oxígeno)




FUSIÓNOXIDANTE

•  ConsisteenlareacciónentremenasocompuestosmetálicosconreacKvosoxidantesalatemperaturanecesariaparaquelareaccióndeoxidaciónsealomásrápidayeficiente

•  ObjeKvoyaplicación:–  ConseguirlaoxidaciónselecKvadelosmetales,bienparaafinar

metalesoparatransformarproductosintermediosomenas•  Fundamento:

–  Enelcasodeóxidosdevariosmetaleslaestabilidaddependedesucalordeformaciónoenergíalibre.Asíelmetaldemayorcalordeformaciónactúadereductorfrentealdemenor:

 M1+M2O M1O+M2•  oeneldesulfuroslaoxidaciónsegúnlareacción

 SM1+O2 M1O+SO2

Seproduce,cuandocoexistensulfurosdevariosmetales,enordeninversoasuestabilidad,determinadaasuvezporsucalordeformación

S2CuFe+O2 S2Cu+FeO+SO2S2Cu+FeO+SiO2 S2Cu+FeO.SiO2




FUSIONOXIDANTE:AFINOdemetalesimpuros•  Eloxidantepuedeseroxígenodelaire,aireenriquecidoounóxidodelmetalaafinar,

formándosesiempreelóxidodelmetalconmenor%deoxígenoyconunareacciónquesiempreesexotérmica

•  Ejemplo:ElafinodelCu•  ElCuobtenidoporfusiónconKenebastantesimpurezasynopuedeseruKlizadoenlaindustria,

siendonecesariounafino

ComposicióndelCu  98,5%deCu  0,2%deazufre  0,3%deFe  PequeñascanKdadesde:As,Sb,Au,Ag,….




•  Lasimpurezasoxidadasseseparandelmetalpor:–  Enformadegases–  Espumasqueseeliminandelasuperficie–  Escoriasinsolublesenelfundidoqueseeliminan




FUSIONOXIDANTE:DESULFURACIÓNDEMATA

•  SeuKlizaparatransformarenunóxido,lossulfurosdeunamatadecobreodeníquel,productosdeoperacionesdebeneficiometalúrgicadelasmenas

•  LareacciónesdelKpo SM+O2 MO+SO2

•  Elfundamentotermodinámicodelprocesosebasaenquelaestabilidaddelosóxidosesmayorqueladelossulfurosyasuvezsiexisteunamezcladeestossedescomponensiguiendounordendeterminadoporsuscaloresdeformación

•  Ejemplo.EnunamatadeFe,ZnyCuenformadesulfuros,seoxidanenelordenFe,Zn,Cu,deformaqueelFe,Znpasanalbañofundidocomoóxidos,concentrándoselamataenCu.




FUSIÓNREDUCTORA

•  ObjeKvo: Obtenerunmetaloaleación  Transformarunproductodeunaetapadelprocesometalúrgicoenotromásfácilde

tratar  Afinarunmetaloaleación

•  Fundamento: MO+R M+RO–Q(endotérmica)

•  ElagentereductorRpuedeserC,CO,H2,CO+H2O(gasdeagua),Mg,Al.EstosdosúlKmossoloparametalurgiasespecialesporsuelevadoprecio

•  Enelcasodelafinosetratadeeliminarlosóxidosquehayanformadolasimpurezasquepuedenaparecersuperficialmentecomocostraoenelinterior,disminuyendolaspropiedades^sicasomecánicasdelmetal

•  Elprocesoanteriorsedenominadesoxidaciónylafuncióndelagentereductoreldestruirlosóxidosdelasimpurezas.

•  ComodesoxidantesseuKlizanfósforoyazufreenlametalurgiadelcobre;óxidosdemagnesioymanganesoenladelníquelyFe‐Mn,Fe‐Cr,Si‐Alenlasiderurgia




FUSIÓNESCORIFICANTE

Fundamentodelproceso:•  (mena+ganga)+fundente+combusKble mata,speiss+escoria•  LaescoriaenestadofundidodebetenerdensidaddiferentedelamenafundidaparapermiKr

suseparación•  ElobjeKvodelosfundentesesrebajarlatemperaturadelprocesoparaprotegerlos

refractariosyahorrarenergía•  Requisitosdelaescoria:

–  Bajatemperaturadefusión–  Bajaviscosidadparaquefluyan–  Nomisciblesconelmetalfundido–  Pesoespecificobajoparaqueflotensobreelmetalfundido

•  Tiposdeescorias:–  SucomposiciónquímicaesunasoluciónsólidadeóxidodeAl(Al2O3),sílice(SiO2)yde

óxidosdelasimpurezas(Sb,Ni,Zn,Sn…)–  segúnlascaracterísKcasdelosóxidos:

•  Acidas,básicasanfóteras(aspectoimportanteporsurelaciónconlosrefractariosyporsurelaciónconlaviscosidad)

–  segúnsumatriz:férricasonoférricas




FUSIÓNCARBURANTE

•  Seempleaexclusivamenteensiderurgiaparadisolvercarbonoenelhierrofundido(recarburación)

•  ComoreacKvoseuKlizacarbonodirectamente.ElCOgeneradoenlareacción

 C+O CO FeO+CO Fe3C+CO2

•  LadisolucióndeCenelFeylaformaenquesepresentaelsistemaFe‐C,vienedeterminadoporeldiagramaFe‐C




FUSIÓNSULFURANTE

•  SuobjeKvoesobtenerunamata,comoproductointermediodelprocesometalúrgico,queconcentrealosmetalesdeinteréspresentesenlamenamediantesutransformaciónensulfuros

•  Reacción: SM1+M2O SM2+M1O+calor

•  Lamataobtenidadebecumplir: Fusibleatemperaturas<1.200ºC Densidaddemata>densidaddeescoria Contengalossulfurosdelosmetalesaobtener




FUSIONESCOMPLEJAS

•  SuobjeKvoesobtenerdirectamenteelmetalenestadolíquidosegúnlasreacciones:

 SM+2MO=3M+SO2

 SM+SO4M=2M+2SO2

 MO+1/3SM=M+1/3MO+1/3SO2

•  Laoperaciónvaprecedidadeunareacciónoxidanteparatransformarparcialmenteelmetalenóxidoosulfato

•  SeuKlizaenlametalurgiadelcobreydelplomo




VOLATILIZACIÓN

•  ConsisteenllevarlamenaaunatemperaturasuperioraladeevaporacióndelmetalqueseobKeneporcondensación

•  Esunprocedimientocontendenciaaemplearseenmenormedidaporlaspérdidasdemetal,impactoambientalycostoenergéKco

•  Seempleaparamenasnoreduciblesporotrosmétodosometalesvaliososyrarosqueseencuentrencomoimpurezasenlasescorias

•  Losposiblescasosquesepuedenpresentarson: VolaKlizaciónsinmodificaciónquímica:

  SeparacióndeunmetalnaKvodesuganga  Afinodemetales

 VolaKlizaciónconmodificaciónquímica




Vola3lizaciónconmodificaciónquímica:

•  Deunmetalosucompuestotrasunprocesodeoxidación:enlatostaciónoxidanteseformaunóxidodelmetalmásvoláKlqueelcompuestooriginal.DelosgasesporcondensaciónseobKeneelóxidodelmetaloelmetalsilaatmosferaesreductora.

 Deunmetaldespuésdeunareducción:consisteenlareduccióndeóxidosmetálicosconproduccióndemetalgaseoso,enatmósferareductora

 Deuncompuestodelmetaltrastostaciónclorurante:losclorurosformadossevolaKlizanycondensanparasutratamientoposteriorporelectrolisisendisolución




HIDROMETALURGIA

•  OPERACIONESPORVÍAHÚMEDA:HIDROMETALURGIA

•  EnlosúlKmosaños,lastendenciasdelametalurgiaextracKvasehavistocondicionadaportreshechos:

  Disminucióndelasleyesdelosminerales  Impactoambientaldelasindustriasminerasymetalúrgicas

  Preciosbajosdelosmetalesenlosmercadosinternacionales

•  EstohadesembocadoenlainvesKgacióndelostratamientosmetalúrgicosconobjetodeabaratarcostes,incrementarlasrecuperacionesydisminuirlosproblemasambientales

•  LahidrometalurgiasepresentacomoalternaKvainsusKtuibleparaeltratamientodemuchasydiversasmateriasprimas




OPERACIONESPORVÍAHÚMEDA:HIDROMETALURGIA

•  Consisteeneltratamientodeminerales,concentradosuotrosmineralesmetálicosporvíahúmeda,obteniendounasoluciónacuosadelosmetales,enunrangodetemperaturasentre25‐250ºC

•  Permitetratarunaampliagamademinerales




HIDROMETALURGIA

VENTAJAS:•  Máseconómicaparainstalacionesdemedianaopequeñasproducción

•  Permitetratarmineralescomplejosconpresenciadebajasconcentracionesdematerialesvaliososcuyoaprovechamientofavoreceelrendimientoeconómico

•  Costosdepersonalmásreducidosqueparalapirometalurgia

•  Permitetratardeformarentablemenaspobresoresiduales

•  Posibilitalaseparacióndemetalescuyasemejanzadecomportamientoquímicolohaceimposibleporpirometalurgia

•  ElconsumoenergéKcoesmuchomásbajo

•  Lasmenasquenopuedensertrituradaspuedensertratadasenpilas

•  Suimpactoambientalfundamentalmentelacontaminaciónatmosférica,esmásbaja

•  Controldelosprocesosmássencillosyconmenormanodeobra

•  Losresiduosdelprocesosepuedenbombearsinnecesidaddecucharas.




DESVENTAJAS:

•  ReacKvosmáscarosqueenlapirometalurgiaqueuKlizasoloaireycok

•  Controlesmásestrictosdeparámetrosdeoperación

•  Ingenieríamáscomplejasdelasplantas•  Generanresiduossólidosylíquidosquesonfuentedeproblemas

muyimportantesdeverKdo

•  Desventajaeconómicafrentealapirometalurgiaparamenasricas

HIDROMETALURGIA




LIXIVIACIÓN

•  “Leydecorte”:riquezadelamenapordebajodecualnoesrentableelbeneficiometalúrgico.Dependedelpreciodelmetalydesuriqueza

•  Lahidrometalurgiaydentrodeellaelprocesodelixiviaciónhatomadounagranimportanciaenfuncióndelanecesidaddetratarmenasmáspobresomenasresiduales

•  Elmétododelixiviacióncondicionalanecesidaddeciertospretratamientos(trituración,molienda,…).EsmuyimportanteelconsumodereacKvosysuprecio

•  Existendosvariedadesprincipalesdelixiviación:–  EstáKcaoporpercolación:

•  Insitu•  Enmontones•  Enestanques

–  Dinámicaoporagitación:•  Mecánica•  NeumáKca




LIXIVIACIÓNESTÁTICA

•  ElsólidopermaneceestáKcoyellíquidopercolaatravésdeél

•  Eltamañodelaparmculademineralhadesersuficienteparaqueellíquidocircule

•  ElrendimientoesbajopornoentrarencontactoelreacKvolixiviadorconlaparteinteriordelosfragmentos

•  LacinéKcaeslenta(años,rendimientodel50%).Senecesitaposteriorconcentracióndelixiviadopuesmuydiluido




Lixiviacióninsitu

a)yacimientosubterráneo•  Sesolubilizalamenadeun

yacimientosinextraerelmineralinyectandoelreacKvolixivianteyextrayendoellixiviadomediantepozos

•  Seaplicaaminasyaexplotadasoayacimientospobres

•  Elyacimientohadereunirciertascondiciones:–  Estarentredoscapasimpermeables–  Buenconocimientodelyacimiento

paraconocerlasolubilidaddelamenayelbalanceeconómico

–  Noafectadoporacuíferos

Métodosdelixiviacióninsitu:a.  Yacimientosubterráneob.  MinaanKguayaexplotada

a)




b)MINAANTIGUAYAEXPLOTADA

Métodosdelixiviacióninsitu:MinaanKguayaexplotadaBiswas,A.K.yDavenport,W.G.ExtracKvemetallurgyofcopper

Nivelesexplotados




Lixiviaciónenmontones

•  Elmineral,seapilaenmontonesdenominadospilasoeras,atravésdelascualespercolaellíquidolixiviante.Lasoluciónlixiviadaserecogeparasuposteriorconcentración(cambioiónico,extraccióncondisolventesoprecipitación

•  Laspilaspuedenserformadasporelmineralsegúnseextrae(lixiviacióndump)otrassuprocesadoparareducireltamaño(Lixiviaciónheap)

•  Senecesitaunapreparacióndelterrenoprevia,másintensaenelúlKmodeloscasos,paraevitarfiltracionesalsubsueloypararecogerellixiviado.Lasoluciónlixiviadorasedistribuyeenlaserasporaspersiónoporinundación




Lixiviaciónenmontones

a)lixiviaciónenvertederoolix.dump

  mineralesmarginales

  nojusKficaunatrituración  %Cu<0,3%

Mineralmasricoaprocesoconvencional

Mineralmaspobres,cuandonoseaprovecha

Parahacermaseficazelcontactodellixiviante




Lixiviaciónenmontonesb)lixiviaciónpreparadoentamañoolix.head

•  JusKficapequeñosgastostrituración

•  MineralesdeCuentre0,3‐1%•  Esnecesarioprepararelterreno•  Ligerainclinacióndelterreno(entre1‐8º)•  Capadearenaderío,10‐15cm.•  LaminadepolieKlenoomaterialsimilar

•  Sobreéstavanlastuberíasdedrenajeperforadaspararecogerloslíquidos

•  Nuevacapadearena,sobrelalaminaytuberíaparaprotegerla

•  Mineralomena

Preparacióndelapila




DiquedelixiviaciónenlaMinaVeladero(SanJuan‐Argen3na)Autor:AntonioGri�a.Licencia:CCBY




Lixiviaciónestá3caenestanques•  SeuKlizaparamineralesdeCuoxidados(1‐2%)yseatacaconacidosulfúrico(50‐100gr/l)•  Etapas

  Llenadodelestanqueconladisolución  empapadodelsólidoduranteunKempo  Vaciadodelestanque

•  Lasolucióndrenadaavanzaalpróximoestanque,dondeserepite•  Aunasolacargaselapuedesometeravariaslixiviacionesconconcentracionescrecientesdelixiviante•  SiparaunaextracciónópKmademetal,senecesitanseisciclosdelixiviación,sedeberíaestartratando

simultáneamenteseiscargasdisKntasenseisestanquesdiferentes

Lasolucióndelixiviacióncorroeelhormigón




Lixiviaciónestá3ca:factoresgenerales

•  Esfundamentalelegirlascondicionesdeoperación(reacKvo,concentración,Kempo)paraevitarsedisuelvancomponentesdelaganga

•  AlllegaraunciertorendimientomínimosesusKtuyeelmineral

•  SeuKlizaprincipalmente:

–  Óxidosdecobreconácidosulfúricoenestanquesomontonesheap

–  MineralespobresdeCucomosulfurosconacidosulfúricodiluidoendump

–  Mineralesdeoroconcianuro(CN‐)enmontonesheap

–  MineralesdeuranioconsolucionesácidasobásicasdependiendodelKpodemontonesheapoinsitu.




Lixiviaciónestá3ca:factoresquímicos• Lasreaccionesquepuedentenerlugarenlosmontonespuedenser:

  Reductoras,siellíquidoinundatodoellechodemineral Oxidantes,sielmineralquedaporencimadelafaseacuosa  Deprecipitacióndecompuestos insolublesenel reacKvo(alunitas, jarositas)

quepuedenobstruirlapercolación

Lixiviaciónestá3ca:factoresisicos

  Formade presentación delmineral:mineral fracturado en la explotaciónminera,residuo omineralmarginal trasladado a vertedero , mineral trasladado desde laexplotación a pilas head o estanques y mineral triturado y clasificado paraLixiviacionenheadoestanque

  Compactacióndelascapasinferioresporelpesodelmineralydelamaquinaria  Permeabilidaddelaspilas  AccesibilidaddelreacKvoa lamenaen los fragmentosquedependentambiénde

lascaracterísKcasmineralógicasdelamenaydelaganga




Lixiviacióndinámicaoconagitación

•  ElmineralyladisoluciónestánenmovimientorelaKvoloquedetermina: Mejorescondicionesdecontacto

 Mayorvelocidaddereacción Mayoreficienciaenelrendimiento

 Posibilidaddetratarmenasmásricas Necesidaddemenasdefinotamañodeparmcula

•  Seefectúaenseriesde3‐4tanques•  Elbuenrendimientoeconómicodelprocesopermitetrabajarcontemperaturasde

60‐70ºCoapresión,paraaumentarelrendimientooparatratarmenasmásdi^ciles




Lixiviación:Agitación•  Lalixiviaciónapresiónatmosféricaesel

procedimientomásuKlizadoanivelindustrial•  Esnecesariaparaevitarqueelsólidosesedimente,

dandoalfluidounavelocidadmínimallamadavelocidadcríKcadeagitación

•  SepuedeconseguirconagitaciónmecánicaporunejequerotaconhéliceoturbinaypormediosneumáKcosporinyeccióndeaire(tanquePachuca)

Sololaboratorio

Restodeprocesos




Diagramaesquemá3codeuntanquereactorPachucaconagitaciónneumá3ca

Ladensidaddelapulpaenelinteriordeltuboesinferioralaque3eneenelexterior,loqueprovocaunadiferenciadepresiónquefuerzaalapulpaaascenderdentrodeltuboyrebosarensupartesuperior,haciendocirculartodalacargadelreactor




QUÍMICABÁSICADELALIXIVIACIÓN

•  Tiposdereacción  Procesos^sicos:disoluciónsintransformaciónquímica  Procesosquímicosreaccionesácido‐base

o  MineralesoxidadosdeCuconácidosulfúricoo  CalcinadosoxidadosdeZnconácidosulfúrico

  Procesoselectroquímicos:reaccionesred‐oxo  Lixiviacióncianurantedemineralesdeoroyplatao  Lixiviaciónoxidantedemineralesdeuraniocongangabásicao  Lixiviaciónoxidantedemineralesdeuraniocongangaacidao  Lixiviaciónconcloruroférrico(FeCl3)oclorurodecobre(CuCl2)deminerales

sulfurados

o  Lixiviaciónconclorogaseoso

•  TiposdereacKvos  Ácidos:H2SO4,HCl,HNO3 enfuncióndelKpodegangaquetengaelmineral

  Básicos:NH3,NaOH,Na2CO3

  Salinos:CNNa,CNK  Gaseosos:O2,Cl2




LIXIVIACIÓNBACTERIANA

•  Lalixiviaciónbacterianaobiolixiviación:elataqueysolubilizacióndeunmineralmediantelaaccióndirectaoindirectademicroorganismos

•  Fundamento:bacteriascomolaTiobacillusFerroxidanscapacesdecaptarelectronesparasusnecesidadesenergéKcasmetabólicasoxidandoacompuestoscomoazufrelibre,piritas,hierroferroso,sulfurosdecobre

•  Sonloscausantesdelaacidezdeaguasdeminasabandonadasodeescombreras

•  Factoresinfluyentes:  PresenciadeanionesocaKonestóxicos(quepuedendisminuiroparalizarlaacKvidadde

lasbacterias)

  pH  Nutrientesquenecesitanparaconstruirsutejidocelular(N,P,S,Mg)  Atmósfera

  Temperatura  TamañodeparKcular  Formacióndeprecipitados




BIOLIXIVIACIÓN

•  Ventajas  SinemisionesdeSO2  BajoconsumodereacKvos  BajoconsumoenergéKco  Tratamientodemineralespobres  Fácilseparacióndesubproductos

•  Desventajas  Reaccionesmuylentas  Disolucionesdemasiadodiluidas

•  Aplicacionesindustriales  MineralesdeCumuypobres(0,25‐0,50Cu)  Mineralesdeuranio  Mineralesconmenasrefractariasdeoroyplata




PURIFICACIÓNYCONCENTRACIÓN•  Esunaoperaciónposterioralataquedelamateriaprimayanteriorala

precipitación•  SutratamientovienedeterminadoporlascaracterísKcasdellicorde

lixiviación: Queseapobreconrespectoalmetalprincipal  Siexistenvariosmetalesdeinterés  Siestánpresentesdosmetalesdecomportamientoquímicosimilarparamodificar

suformulaquímicaypermiKrsepararlos  Siexistenimpurezasquepuedencontaminaralmetaldeinterésodificultarsu

obtención

•  Posiblesprocesos:  Precipitacióndeuncompuesto  Extraccióncondisolventesorgánicos  Intercambioiónico  AdsorciónconcarbónacKvo




PRECIPITACIONQUÍMICA

•  Consisteenlaformacióndeuncompuesto,delelementoaconcentrar/separar,queseainsoluble.

•  Precipitacióndesulfurosmetálicosconácidosul�ídricoH2S–  TransferenciadeH2Sdesdelafasegaseosaparasudisoluciónenlafaseacuosa

–  H2S(gas) H2S(acuoso)

–  disociacióndelH2Sparadarionessulfuro–  H2S H++SH‐

–  H2S S=+2H+

–  ReacciónentreelionsulfuroyloscaKonesmetálicosendisoluciónparaprecipitacióndelsulfuro•  S=+Me2+ SMe(s).

–  ActuandosobreelpHsepuedevariarlaconcentracióndeazufreyprecipitarselecKvamentelos

sulfurosdediferentesmetales




•  Precipitacióndehidróxidosmetálicos:

•  Muchosionesmetálicospuedenserhidrolizadosparaformarhidróxidosmuypocosolublessegúnlasiguientereacción

–  Men++nH2O Men(s)(OH)+nH+–  ElpHregulaelintervaloenqueundeterminadoMepuede

precipitarsecomohidróxido




Extraccióncondisolventesorgánicos

•  SeproduceunatransferenciademasadelasoluciónférKl(metaldeinterés)aunafaseorgánica(reacKvodeextracción)concentrándoseelmetaleneste(extractoorgánico)yquedandolasoluciónacuosaconunabajaconcentracióndelmetal(refinado).

•  Estaeslaetapadeextracción•  Secompletaconlaetapade

reextraciónoeluciónenlaqueelmetalconcentradoseextraedelextractoorgánico,yelreacKvodereextraciónserecircula




Extraccióncondisolventesorgánicos

Sol.lixiviante Impurezas+agua

Disolventeorgánico Cu+disolventeorgánico

SulfatodeCu

Disolventeorg.recuperado




EXTRACIÓN:técnicas

MúlKpleendisconKnuo•  Seponeencontactounvolumendedisolventeorgánicoconellíquido

lixiviante

•  Elrefinodelaetapa1eslasoluciónférKldela2ysucesivamente•  Sepuedecalcularlaconcentracióndelmetalquequedaenlafaseacuosadespuésden

puestasencontacto

Rediduoorefino

(disoluciónacuosa)

Extracto(disolvente+metal)




Discon3nuaencontracorriente

Residuopobre(imp.+agua)

Lafaseorg.máscargada,conlafaseacuosafresca




Con3nuaencontracorriente

Residuo(Impurezas+agua)

Seponenencontactolasfases:disolvente+residuo

Sol.lixiviante

Disolvente+metal




EXTRACIÓN:composiciónfaseorgánica

•  EstáconsKtuidaporagenteextractante,diluyenteymodificador

•  ElagenteextractantedebedetenerestascaracterísKcas:–  CapacidadselecKvadeextraerelmetaldeinterés–  Nomiscibleconfaseacuosa–  Defácilreextracióndelmetal–  Estableparausarlevariasveces–  Notóxico–  Económico–  Eldiluyentesirveparadisolverelagenteextractante(paranouKlizargran

canKdaddeextractante,poreconomíayparahacerlomenosviscosoyquesemezclemejor)ydebede:•  Sermiscibleconelextractanteeinmiscibleconlafaseacuosa•  Noinflamable,nitóxico•  Estable•  Económico

–  ElmodificadormejoracapacidadyselecKvidaddelagenteextractante




EXTRACIÓNporintercambioiónico

•  ElobjeKvodelprocesoesextraerelmetaldeunadisoluciónmuydiluidamediantesuretenciónselecKvaenlasuperficieacKvadeunaresinaintercambiadora

•  Seempleaendisolucionesdeuranioyenefluentesyresiduosmetalúrgicos

•  Estáncompuestosdeunamatrizcopolímero,unagentereKculantequeledalaestructuratridimensionalyelgrupofuncionalquepuedesercaKónicooaniónico

•  ElprocesoKenecomoetapas:–  Absorciónhastaquetodoslosgruposfuncionalesquedansaturadosporlas

moléculasdemetal–  Eluciónoregeneraciónenlaqueconunvolumenmínimodelíquidoeluyente

seproduceelprocesoinversoobteniendounadisoluciónmasconcentradadelmetalyseregeneralaresina.




EXTRACION:absorciónconcarbónac3vo

•  Proceso:unasoluciónférKlseponeencontactoconcarbónacKvocuyagranáreasuperficialpermitelaretenciónselecKvadelmetal

•  Comoenelcasoanteriorsediferencialaetapadeabsorciónyladeeluciónoregeneración

•  Seempleaenlametalurgiadeloro,plata,molibdenoymetalesdelgrupodelplaKno

•  Losfactoresquefavorecenelprocesoson:–  PequeñotamañodeparmculadelcarbónacKvo–  Bajatemperatura–  BajopH

•  PrincipalesmétodosoperaKvos:–  ElcarbónacKvosedisponeenunacolumnaatravésdelacualcirculalasolución

férKl–  Elcarbónsemezclaconlapulpadelixiviación,secribayseregenera

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