Hidronetalurgia del cobre

2. CONTENIDO
 Aspectos Fundamentales de
la Hidrometalurgia
 Lixiviación
 Extracción por Solventes
(Extracción – Reextracción)

3. CONTENIDO
 Criterio de Diseño
Hidráulico para
Sistemas de Riego
 Electrodepositación
3

4. OBJETIVOS
 Estudiar los fundamentos y mecanismos que
gobiernan a los procesos hidrometalúrgicos.
 Revisar el funcionamiento de los equipos
asociados a cada área respectiva.
 Analizar los parámetros normales de operación
y sus efectos globales en el proceso.
4

5. ASPECTOS
FUNDAMENTALES DE LA
HIDROMETALURGIA
 La Hidrometalurgia es la rama de la metalurgia
extractiva que comprende los procesos de
obtención de metales o compuestos, a partir de
minerales, mediante reacciones que tienen lugar en
soluciones acuosas.
5

6. OBJETIVOS DE LA
HIDROMETALURGIA
 Extraer un metal en estado iónico utilizando
soluciones acuosas que humectan o lavan la
superficie del mineral lixiviado.
6

7.  Menor emisión de
efluentes y gases.
 Bajos costos de
inversión por unidad
de capacidad de la
planta
 Proceso selectivo
7

8.  La hidrometalurgia es la técnica extractiva mas
adecuada para tratar los minerales complejos y
no sulfurados.
 Algunos procesos hidrometalúrgicos permiten
un ahorro considerable de combustible.
8

9.  Utilización de ácido sulfúrico producido en
fundiciones para el caso del cobre.
9
VENTAJAS DE LA
HIDROMETALURGIA

10. ETAPAS DE LA
HIDROMETALURGIA
HIDROMETALURGIA
LIXIVIACIÓN
PURIFICACIÓN
CONCENTRACIÓN
PRECIPITACIÓN
10

11. 11

12. CONCEPTO
 Proceso hidro-metalúrgico que consiste, en la
recuperación en forma iónica de metales
valiosos (Cu, Zn, Au, etc) de los minerales por
reacciones de disolución en soluciones
acuosas.
12

13. Solución de Riego Diluida en Acido
13
Mineral de Cobre
Sulfato de Cobre + Acido = Pregnant Leach Solution = PLS

14. PISCINA
PILA
Cu+2
Cu+2
Cu+2 Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2 Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
OBJETIVO
 Recuperar el metal valioso del mineral
14

15. 15
PAD DE LIXIVIACIÓN
Fuente: Informe Nro 59 de la SNMPE (Sociedad Nacional de Mineria, Petróleo y Energía)

16. Mecanismos y aspectos
operativos de la Lixiviación
 Preparación del material: Chancado y
aglomerado
 Transporte a la zona de lixiviación
 Formación de pilas
 Bañado o Riego
 Almacenaje y Recuperación

17. OBJETIVO PLANTA DE CHANCADO
REALIZAR LA CONMINUCION Y CLASIFICACION DEL MINERAL
DE ACUERDO A UN TAMAÑO ESTABLECIDO 17

18. ACIDO
SULFURICO
AGUA
OBJETIVO PLANTA DE AGLOMERADO
CREAR UN GLOMERO ESTABLE Y COMPACTO MEDIANTE LA
ADICION DE ACIDO SULFURICO Y AGUA PARA EL POSTERIOR
APILAMIENTO
18

19. Cu+2 Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2 Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
CuSiO3*2H2O + H2SO4 + 2H2O === CuSO4*5H2O + SiO2
OBJETIVO PLANTA DE AGLOMERADO
INICIAR LA DISOLUCION DE LA PARTICULA DE COBRE
MEDIANTE LA ADICION DE ACIDO SULFURICO Y AGUA
19

20.  Transporte a la zona de Lixiviación

21.  Formación de pilas

22.  Bañado o Riego

23.  Almacenaje y recuperación

24. Consideraciones Teóricas
Aspectos Fenomenológicos – Solubilidad de Minerales de Cobre

25. MINERAL OXIDADO 25
FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA
Crisocola Cu Si O2
Cuprita Cu2 O
Malaquita Cu CO3 . Cu(OH)2
Azurita 2Cu CO3 . Cu(OH)2
Tenorita Cu O

26. MINERAL SULFURADO 26
FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA
Chalcopirita Cu FeS2
Chalcosita Cu2 S
Covelita CuS
Bornita Cu5FeS4

27. 27
DIFERENCIA ENTRE
MINERAL OXIDADO Y
SULFURADO
Ciclos de lixiviación más cortos Ciclos de lixiviación más largos
Lacinéticade reacción son más
rápidas con ácido sulfúrico
Lacinéticade reacción es más lenta
con ácido sulfúrico
OXIDOS SULFUROS

28. CLASIFICACIÓN DE LOS
MÉTODOS DE LIXIVIACIÓN
 Lixiviación de lechos fijos :
* in situ
* en botaderos
* en pilas
 Lixiviación de pulpas :
* por agitación, a presión ambiente
28

29. LIXIVIACIÓN EN
BOTADEROS
(Dump Leaching)
 Esta técnica consiste en lixiviar los minerales
de baja ley.
29

30. LIXIVIACIÓN EN PILAS
(Heap leaching)
30
Fuente: Universidad Atacama - Chile

31. 31
LIXIVIACIÓN EN PILAS
PRUEBAS PILOTO

32. LIXIVIACIÓN DE PULPAS
 Lixiviación por
agitación
Se utiliza en los
minerales de leyes
más altas.
32

33. Criterios de Diseño
Hidráulico para Sistemas de
Riego
33

34.  Tasa de Riego
 Goteros
Parámetros Hidráulicos
34

35. Separación Líneas = 0.40 m
Separación Goteros = 0.40 m
Caudal Gotero =4 Lph
Caudal Gotero (Lph)
Separacion Goteros (m) x separacion Lineas (m)
Tasa de Riego (Lt/Hr/m2) =
Tasa de Riego
Separación Líneas = 0,70 m
Separación Goteros = 0,70 m
Caudal Gotero = 8 Lph
8 (Lph)
0,7 (m) x 0,7 (m)
= = 16,3 (Lt/Hr/m2)
35
4 (Lph)
0,5 (m) x 0,5 (m)
= = 16,0 (Lt/Hr/m2)

36. Gotero
Largo (Recorrido)
Sección
Forma
Filtro
Orificio de Salida
36

37. Distribución Deficiente 37

38. RIEGO POR ASPERSIÓN 38

39. USO DE ASPERSORES
 Un argumento a favor del
uso de aspersores es la
oxigenación de las gotas
durante su trayectoria a
la pila

40. VENTAJAS DE RIEGO POR
GOTEO
 Mayor uniformidad en la distribución de la
solución.
 Menor evaporación y reposición de agua.
 Menor atención durante el ciclo de riego.
 Menor peligro de salud de los operarios.

41. 41

42. CONCEPTO
 Se entiende al proceso de separación o
extracción de materiales diluidos (iones)
contenidos en medios líquidos (solución
acuosa), mediante el empleo de medios de
extracción también líquidos (solución
orgánica).
42

43. OBJETIVO
 CONCENTRACIÓN
 PURIFICACIÓN
43

44. ETAPAS DEL PROCESO
DE EXTRACCIÓN POR
SOLVENTES
 EXTRACCION
 REEXTRACCION
44

45. REEXTRACCION EXTRACCION
ORGANICO
CON COBRE
PLS
RAFF
ORGANICO
DESCARGADO
ELECTROLITO
POBRE
ELECTROLITO
CON COBRE
A NAVE DE
ELECTRO
DEPOSITACION
BOTADEROS
99.9997%
Cobre
EXTRACCION POR
SOLVENTES
Organico
Descargado
PLS Organico Cargado RAFF

46. ETAPA DE EXTRACCIÓN
 Es la recuperación selectiva del Cu2+ por medio
de la solución orgánica desde las soluciones
acuosas ácidas producto de la etapa de
lixiviación ( PLS ).
46

47. E-2
E-1
PLS
OD
REF
OC
EMULSION
PLS
OD
REF
OC
Cu SO4 + 2 (R H) ====== R2 Cu + H2SO4
PLS OD OC REF
ETAPA DE EXTRACCION
RECUPERAR EL COBRE CONTENIDO EN EL PLS 47

48. Extractibilidad de elementos
metálicos disueltos, en función del
pH
Fuente: Hidrometalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones – Domic
Mihovilovic

49. ISOTERMAS
 Define la capacidad de un extractante tanto en
la sección de extracción como de reextracción
de una planta de SX

50. ISOTERMA DE EXTRACCIÓN
Fuente: Hidrometalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones – Domic
Mihovilovic

51. MEZCLADOR
SEDIMENTADOR
VERTEDERO
51

52. 52

53. Variables operativas de
extracción de cobre
 Capacidad máxima del Extractante
 Concentración del Extractante
 pH de la solución acuosa PLS
 Relación O/A
53

54.  El tiempo de mezclado
 Tiempo de separación de fases
 Continuidad de fases
 Banda de dispersión o interfase A/O
54

55. Capacidad máxima del
Extractante
 Depende fundamentalmente de la concentración
del extractante en el diluyente y el pH de la
solución acuosa.
55

56. Concentración del Extractante
 La variable concentración de extractante en el
diluyente se ajusta en función de la acidez y el
grado de la especie valiosa en el PLS.
56

57.  Rango de pH = 1.8-2.0 para el cobre, depende
del tipo de extractante.
57
pH de la Solución Acuosa

58. Relación de volumen entre las
soluciones orgánica y acuosa en
el mezclador “O/A”
 La relación entre el flujo de solución acuosa y el
flujo de solución orgánica en el mezclador.
 Relación O/A = 1/1
58

59. Tiempo de mezclado
 Tiempo de mezclado = 3 min / etapa.
59

60. Tiempo de separación de fases
 En continuidad acuosa los tiempos se
aceleran afectando la extracción.
 Con dos etapas de extracción se
recomienda tener la última etapa de
extracción previa al tanque de
almacenamiento en continuidad
acuosa para reducir los arrastres A/O
en el orgánico.
60

61. Continuidad de fases
 Se llama continuidad
de fase a la
predominancia de
una de las fases en la
acción de mezclado.
61

62. Banda de dispersión o
interfase acuoso orgánico
 Es aquella zona que se ubica entre la fase
orgánica y fase acuosa del sedimentador.
62

63. ETAPA DE REEXTRACCIÓN
(Stripping)
 El orgánico cargado se pone en contacto con
electrolito pobre proveniente del proceso de
electrodepositación, de alta acidez (150-200 g/l
H2SO4).
63

64. S-1
S-2
EP
OC
S1
OD
EMULSION
EP
OC
S1
OD
Cu SO4 + 2 (R H) ====== R2 Cu + H2SO4
S1 OD OC EP
ETAPA DE REEXTRACCION
TRASPASAR A EW EL COBRE RECUPERADO EN LA ETAPA DE
EXTRACCION 64

65. ISOTERMA DE
REEXTRACCIÓN
Fuente: Hidrometalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones – Domic
Mihovilovic

66. REACTIVO
ORGÁNICO
 Extraer el Cu selectivamente desde la solución
acuosa o PLS que lo contiene.
 Liberar el Cu extraído a una solución acuosa de
alta acidez (electrolito).
 Ser soluble en un diluyente de baja solubilidad
en soluciones acuosas.
66

67. TIPOS DE EXTRACTANTES
 CETOXIMA
 SALICILALDOXIMAS
 MEZCLAS SALICILALDOXIMA - CETOXIMA
67

68. CETOXIMAS
 Fueron los primeros
reactivos usados
comercialmente para
la extracción de
cobre desde
soluciones diluidas.
68
CH3
C9H19

69. SALICILALDOXIMAS
 Son extractantes tan
fuertes que requieren
un modificador para
realizar eficientemente
la reextracción.
69
H
C9H19
C12H25

70. LIX 984
 Esta mezcla no
contiene
modificadores, es una
mezcla de LIX 860
(salicilaldoxima) y LIX
84 (Cetoxima).
70
Cu
O
O
HON
NOH
CH3
C9H19
H
C12H25
LIX 860
LIX 84

71. DILUYENTE
 Solubilizar el extractante en estado líquido.
 Tener muy baja solubilidad en la fase acuosa.
 Ser estable en un rango amplio de operación.
71

72. DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO
DE EXTRACCIÓN POR
SOLVENTES
72
Fuente:
https://www.ucursos.cl/ingenieria/2009/2/IQ53D/1/material_docente
/bajar?id_material=245200

73. 73

74. CONCEPTO
 Bajo la denominación “electrodepositación de
cobre” se entiende a la obtención de cátodos de
cobre de alta pureza, los cuales se producen
sumergiendo dos electrodos: cátodo (-) y
ánodo (+), en una solución electrolítica de
sulfato de cobre.
74

75. OBJETIVO : ELECTRODEPOSITACIÓN
REDUCIR EL COBRE IONICO A COBRE METALICO
Cu+2 + 2 e- Cu0
(+) (+)
(-)
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2
Cu+2 Cu+2
75

76. 76
Reacciones Químicas

77. Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que la masa de
metal depositado es proporcional a la cantidad
de corriente que circula a través de la celda y
al tiempo de operación de la electrólisis.
mF : masadepositada(g)
M : Pesomoleculardelmetaldepositado
n : Valenciadelionmetálicoenlasolución
F : Constante de Faraday (96487 Coulomb/equivalente)
(1coulomb=1Ax1s)
I : Corrientequecircula(A)
t : Tiempodeoperacióndelaelectrólisis(s)

78. Eficiencia de corriente
• La EFICIENCIA DE CORRIENTE se define
como la razón entre la cantidad de cobre
depositada y la que se debería haber
depositado teóricamente según la ley de
Faraday :

79. CONDICIONES ÓPTIMAS
DE
ELECTRODEPOSITACIÓN
 Contenido de Cobre: 35/40 g/l
 Contenido de Ácido: 150/180 g/l
 Contenido de Cobalto: 100/150 ppm
 Cloruros Cl: Menos de 20 ppm
79

80.  Orgánico: < 2 ppm
 Fierro: 0.5 a 2.5 g/l
 Temperatura de las celdas: 45-50ºC
80

81.  La planta jamás debe operar con un contenido
de cobre menor a 30 g/L en el Electrolito.
81
Contenido de Cobre: 35 – 40 g/L

82.  Si la concentración sobrepasa 180 g/l la
corrosión del ánodo es mayor.
82
Contenido de Ácido: 150 – 180 g/L

83.  Depende del contenido de Mn.
83
Contenido de Cobalto: 100 – 150
ppm

84.  Si el nivel de cloruros sobrepasa 20 ppm, se
debe revisar y medir en el campo el contenido
de arrastres A/O.
84
Cloruros Cl-: Menos de 20 ppm

85.  El orgánico que esté presente en el electrolito
de la planta electrolítica puede afectar la
depositación de cobre en el cátodo.
85
ORGÁNICO: < 2 ppm

86.  En la medida que aumenta el hierro en el
electrolito disminuye la eficiencia de la corriente.
86
Fierro: 0.5 – 2.5 g/L

87.  Es importante mantener la temperatura tan
constante como sea posible para minimizar el
desprendimiento de óxido de plomo del ánodo
(45+/-2oC).
87
Temperatura de las celdas:
45 – 50 °C

88. Calidad Física
Mala Calidad de
Grano
Buena Calidad
de Grano

89. Calidad Fisica

90. Contaminantes Principales
CONTAMINACIÓN CAUSAS PRINCIPALES
(MECANISMOS)
-Tensionamiento de capas favorece exfoliación.
DESPRENDIMIENTO DE -Formación de a-PbO2 favorece desadherencia.
PRODUCTOS DE CORROSIÓN -Cambios bruscos de Corriente.
COMO POLVOS, GRANULAR O -Corte de Energía.
PLACAS. -Operar con tensión de ánodo menor a 1.66 V.
-Presencia de Impurezas como Mn.
-Falta de Cobalto.
-Perdida de verticalidad de ánodos y/o cátodos.
POR CORTOCIRCUITOS -Ondulación excesiva.
-Presencia de cortocircuitos.
-Presencia de orgánico superficial.
POR CORROSIÓN INTERFACIAL -Empleo de esferas o lonas para neblina
ácida.
- Presencia de agentes oxidantes.
Pb

91. 91