Resumen de Hidrometalurgia

Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva (disolución) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución.

La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis, donde los procesos electroquímicos son precedidos por los procesos hidrometalúrgicos.

Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos:

(1) Disolución del componente deseado presente en la fase sólida.

(2) Concentración y/o purificación de la solución obtenida.

(3) Precipitación del metal deseado o sus compuestos.

Los reactivos químicos empleados (agentes lixiviantes) deben reunir muchas propiedades para poder usarse, por ejemplo: no deben ser muy caros, deben ser fácilmente recuperables y deben ser bastante selectivos para disolver determinados compuestos. Los procesos de lixiviación y purificación de la solución corresponden a las mismas operaciones que se practican en el análisis químico, solamente que a escala industrial.

La hidrometalurgia se refiere al tratamiento de metales o de compuestos que contienen metales, mediante soluciones acuosas. El objetivo de los procesos hidrometalúrgicos en general está orientado a extraer, purificar, concentrar o recuperar especies inorgánicas de valor económico tal como sales, metales y que son de utilidad para el hombre.

Características de los Procesos Hidrometalúrgicos

A diferencia de los procesos pirometalúrgicos, los procesos hidrometalúrgicos usualmente se desarrollan a temperaturas menores de 100ºC, aunque excepcionalmente pueden utilizarse temperaturas algo mayores en reactores a presión o autoclaves. Otra característica es que las soluciones acuosas que se manejan son diluidas (< 1 M de soluto).

Aspectos Cinéticos en los Procesos Hidrometalúrgicos

En estos procesos, tanto las reacciones químicas que se desarrollan como los fenómenos de transporte de masa ocurren en sistemas heterogéneos (es decir a través de interfases), lo cual, junto con las bajas temperaturas, hacen que la cinética global del proceso sea relativamente baja.

La Hidrometalurgia puede definirse como aquella parte de la metalurgia extractiva que agrupa los procesos que tratan una mena el uso de un disolvente adecuado, pasando elemento útil a una fase líquida y quedando la ganga inalterada para luego recuperar elemento útil desde la solución enriquecida.

Por lo tanto, podríamos decir que la hidrometalurgia involucra las operaciones de:

Disolución que implica el paso de !a(s) especie(s) de valor desde !a mena a una solución.

Purificación que involucra la eliminación de algunos elementos contaminantes desde la solución.

Recuperación es decir, obtener la(s) especie(s) o elemento(s) de valor desde la solución.

VENTAJAS

Los metales pueden ser obtenidos directamente en forma pura desde !a solución.

Los problemas de corrosión son relativamente menores que en la pirometalurgia.

Los procesos generalmente son a temperatura ambiente. El manejo de los productos y materiales es relativamente fácil. Se prestan para e1tratamiento de menas de baja ley. No producen grandes problemas de contaminación ambiental

DESVENTAJAS

La separación entre la ganga y la solución puede ser dificultosa. Los procesos hidrometalúrgicos son relativamente lentos. Cantidades muy pequeñas de iones contaminantes pueden afectar el

proceso posterior

De acuerdo a los procesos que involucra la hidrometalurgia podemos entonces mencionar que esta implica lixiviación, purificación de soluciones (extracción por solventes o intercambio iónico) y recuperación (precipitación o electro obtención). Todo el estudio respecto a estos temas será abordado tratando principalmente al elemento cobre.

La lixiviación

La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente liquido. Ambas fases entran en contacto

íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.

Algunos ejemplos son:

– El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente.

– Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soya y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos.

– La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda.

Dentro de esta tiene una gran importancia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro y plata. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica.

En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas

El proceso de lixiviación requiere de la preparación adecuada y responsable del área donde se va a realizar la acción de lixiviar. Para ello, los trabajos de acondicionamiento velan por no generar impactos negativos al ambiente y al mismo tiempo lograr que el proceso sea eficiente. Entre los trabajos que se realizan, cabe mencionar los estudios previos de suelo, agua y aire, que brindan información valiosa para el diseño y seguimiento del proceso.

Las áreas de terreno dedicadas a este proceso son lugares amplios y llanos sobre la que se coloca una membrana impermeable (conocida como geomembrana) que aislará el suelo de todo el proceso químico que se ejecutará arriba.

Además, en toda el área se acondiciona:

Un sistema de cañerías distribuidas homogéneamente que se utilizan para transportar y rociar la sustancia lixiviante sobre el mineral.

Un sistema de tuberías (sistema de drenaje) especiales que recogen las soluciones que se irán filtrando a través del material apilado durante el proceso.

Complementariamente se construye una poza (cercana a la zona de lixiviación) en la que se acumulan los líquidos que se obtengan de la lixiviación que luego deben ser tratados para lograr la recuperación final del material fino que se encuentran atrapados en ellos.

Descripción del proceso

1. La preparación del material.

El material extraído de un yacimiento para su lixiviación inicia su camino de preparación con su fragmentación (chancado y molienda) para obtener dimensiones mucho más pequeñas de lo que antes eran grandes pedazos de rocas (el tamaño final puede alcanzar hasta un tamaño de 30 micras1), con el objeto de que el proceso de separación del mineral valioso sea más eficiente y rápido.

2. El transporte de material a la zona de lixiviación

Luego del chancado y molienda, el material debe ser llevado y dispuesto adecuadamente sobre el área de lixiviación. Por lo general las operaciones mineras usan para ello volquetes gigantes, aunque en algunos casos se realiza este trabajo mediante fajas transportadoras.

3. Formando pilas

Para el adecuado proceso, es necesario que el material molido sea acumulado sobre la membrana impermeable en montículos (pilas) de varias toneladas, formando columnas de ellos de manera ordenada.

4. Bañado o Riego

Una vez completadas las pilas de acuerdo a la capacidad de la membrana, se aplica en repetidas oportunidades y lentamente, a modo de riego por goteo o aspersores, una solución especial sobre la superficie del material. Lo solución es la mezcla de químicos disueltos en agua, los cuales varían dependiendo del material que se este trabajando y los productos a obtener (oro, cobre, etc.).

La solución líquida tiene la propiedad de disolver el mineral y de esa manera fluir con el líquido hacia el sistema de drenaje. Estos líquidos son transportados mediante las tuberías instaladas hacia una poza.

5. Almacenaje y recuperación

Como se dijo líneas arriba, la sustancia obtenida del proceso de riego es transportada hacia pozas construidas y acondicionadas para almacenarlas en tanto se programe su ingreso a la siguiente etapa del proceso (recuperación y concentración).

Cabe indicar que al igual que se recupera mineral valioso de la sustancia obtenida, se recupera también el agua involucrada en ella, la misma que se reutiliza en los siguientes procesos de lixiviación, buscando hacer un uso más eficiente de este recursos.

De igual forma, el área donde se realiza la lixiviación, es recuperada luego de unos años de uso. Así se procede a restituir la vegetación propia de la zona, cuidando y monitoreando su desempeño.

Lixiviación in situ

Se utiliza para menas de ley baja. La inversión es mínima. También se utiliza para tratar relaves que contengan mineral rico ya que se ve que en la minería artesanal desechan relaves con un ley baja.

Lixiviación en botaderos

Su aplicación es para minerales de baja ley tanto para óxidos como sulfuros. Los ciclos de lixiviación son largos. Este sistema no requiere chancado, ya que el mineral es descargado tal cual viene de la mina sobre una pendiente o pila y luego se le implanta un sistema de riego.

Lixiviación en bateas o percolación

Su aplicación es para minerales de baja ley tanto para óxidos como sulfuros. Los ciclos de lixiviación son largos. Este sistema no requiere chancado, ya que el mineral es descargado tal cual viene de la mina sobre una pendiente o pila y luego se le implanta un sistema de riego. Es aplicada fundamentalmente a minerales de Cu, U, Au y Ag ya que son fácilmente solubles y presentan buenas características de permeabilidad. El proceso puede durar de 2 – 14 días. Consiste en chancar previamente el mineral para después ser cargados en bateas en las que el mineral se sumerge en una solución ácida lixiviante. La batea posee un fondo falso cubierto con una tela filtrante la que permite la recirculación de las soluciones en sentido ascendente.

Lixiviación por agitación.

La lixiviación por agitación es un tipo de lixiviación en la que se agita una pulpa formada por partículas finas y reactivos. Se utiliza para menas de alta ley o cuya especie útil es de alto valor comercial, debido a los grandes costos de inversión. Su objetivo es tener recuperaciones más altas en tiempos más cortos. Usualmente se utiliza para lixiviar calcinas de tostación y concentrados, y es empleada en la extracción de cobre, oro, plata, entre otros.

Granulometría del mineral

El mineral utilizado está constituido por gruesos de menos de 2 mm de diámetro y alta cantidad de finos (hasta 200 µm). Sin embargo, este factor debe ser bien controlado. El porcentaje de finos utilizado para la lixiviación del cobre, por ejemplo, debe ser menor al 40% para partículas menores a 75 µm. Un exceso de finos alterará la permeabilidad de la masa lixiviada, impidiendo una buena filtración del relave, producir "embancamientos", y también dificultará la separación sólido-líquido posterior de la pulpa lixiviada. El exceso de gruesos también debe ser

controlado, ya que estos producen problemas en la agitación (aumento de la potencia del agitador).

Mineralogía

El tamaño y disposición de la especie útil dentro de la mena influye en el grado de molienda requerido para su liberación y exposición a la solución lixiviante. En cuanto a la composición, se debe tener en cuenta la presencia de arcillas, ya que estas producen muchos finos. Además, el mineral a lixiviar debe tener una baja porosidad.

Lixiviación bacteriológica

Es un proceso de disoluciones ejecutadas por un grupo de bacterias que tienen la habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo liberar los valores metálicos contenidos en ellos. Su objetivo es explotar menas que por tener baja concentración de metal no se pueden tratar con métodos tradicionales. Este proceso es utilizado para la extracción de uranio, cobre, zinc, níquel, cobalto, entre otros. Las bacterias producen una solución ácida que contiene al metal en su forma soluble.

Las bacterias más utilizadas son las especies Thiobacillus oxidans, T. thiooxidans, T. ferrooxidans y T. dentrificans. Son seres quimiolitoautótrofos obligados, es decir, obtienen su energia por la oxidación de elementos presentes en las rocas, como hierro y azufre. En general estas bacterias requieren, para vivir y reproducirse, de un medio ácido (son acidofílicas) con un pH entre 1 y 5, temperaturas de entre 25 °C a 30 °C (hasta 45 °C para algunas especies) y altas concentraciones de metales. Algunas son aeróbicas y otras anaeróbicas.

La bacteria más estudiada en cuanto a la oxidación biológica de los minerales sulfurados es la Thiobacillus ferroxidans. Es una bacteria gramnegativa anaeróbica. Obtiene su energía mediante la oxidación de sulfuros (pirita, marcasita, galena, calcopirita, bornita, blenda, covellina), y requiere de CO2 como fuente de carbono, nitrógeno y fósforo para sintetizar su alimento, además de una temperatura entre 28 °C y 35 °C.