Metalurgia Extractiva del Cobre

1
Metalurgia Extractiva del Cobre
2
Producción Mundial de Cobre de MinaMiles de TM
de cobre fino 2009
3
Producción Mundial de Molibdeno de MinaMiles de
TM de molibdeno finoaño 2009
4
Producción Mundial de Oro de MinaTM de oro
finoaño 2009
5
Producción Mundial de Plata de MinaTM de plata
finaaño 2009
6
Origen de los Yacimientos de Cobre

• Los más grandes yacimientos cupríferos son los
  llamados yacimientos diseminados. En ellos el
  cobre se encuentra formando pequeños gránulos de
  mineral. Tales depósitos no contienen más de 1 a
  2 de cobre.
• Las rocas que contienen estos minerales de cobre
  están constituidas por minerales tales como
  cuarzo, pirita y óxidos de hierro, aluminio,
  calcio y magnesio.

7
Origen de los Yacimientos de Cobre

• Minerales sulfurados
• Mezclas complejas de súlfuros de cobre y
  fierro, combinados con compuestos como el zinc,
  arsénico, antimonio, plata, oro y platino, entre
  otros.
• Calcopirita (CuFeS2),, Bornita (Cu5FeS4),
  Enargita (Cu3AsS4). Tetrahedrita (Cu3SbS3),
  Covelita (CuS) Calcocita (Cu2S),

Calcosita 79,8Cu
Bornita 63,6Cu
Calcopirita 34,7 Cu
Covelita 66,5Cu
Enargita 48,4Cu
8
Origen de los Yacimientos de Cobre

• Minerales oxidados
• Estos minerales provienen de la
  descomposición de los minerales sulfurados
  primarios debido a la acción de aguas cargadas
  con dióxido de carbono, oxígeno, ácido sulfúrico,
  que actúan sobre los súlfuros para formar
  carbonatos, óxidos, sulfatos, silicatos de cobre.
  Malaquita CuCO3Cu(OH)2, Azurita
  2CuCO3Cu(OH)2, Cuprita Cu2O, Crisocola
  CuSiO32H2O, Tenorita CuO, Atacamita
  Cu2Cl(OH)3, Antlerita CuSO42Cu(OH)2,
  Brochantita CuSO43Cu(OH)6.

Atacamita 59,5Cu
Malaquita 57,3Cu
Azurita 55,1Cu
Brochantita 56,2Cu
9
Procesos Metalúrgicos del Cobre
Súlfuros
Óxidos
Mina
Conminución
Conminución
Proceso de Concentración de Minerales
Procesos Hidrometalúrgicos
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso Electrometalúrgico
Proceso Electrometalúrgico
Cátodos 99,99 Cu
Cátodos 99,99 Cu
10
Conminución de Sulfuros

• Objetivo
• Disminuir el tamaño de las rocas mineralizadas
  triturándolas en Chancadores y Molinos.
• Proceso
• El material extraído se pasa secuencialmente por
  Chancadores Primarios (8), Chancadores
  Secundarios (3) y Terciarios (lt1/2).
• Luego, a través de molienda, el mineral es
  reducido en tamaño a valores del orden de 0,1 mm.

11
Conminución de Sulfuros
0,5-2 Cu
Chancado Secundario
0,1 mm
Chancado Primario
A Concentración de Minerales
Clasificación
Molienda Húmeda
12-13 mm
Chancado Terciario
12
Concentración de Minerales Sulfurados

• Objetivos
• Separar los compuestos sulfurados de cobre de la
  ganga contenida en los minerales.
• Proceso
• La concentración de minerales de cobre,
  mediante el proceso de flotación, permite a
  partir de un mineral con alrededor de 1 a 2 de
  cobre obtener un concentrado de cobre de 20 a 30
  de Cu.

13
Proceso de Concentración Minerales
Minerales Sulfurados Flotación de Cobre
Modificador pH
Colector
Espumante
Minerales lt1 Cu
Espumante
Colector
15-20 Cu
Concentrado 20-30 Cu
Celdas Limpiadoras
3 Cu
Celdas Primarias
10-12 Cu
Molienda
Colector
Espumante
Celdas Scavenger
Colector
Modificador pH CaO Colectores Xantatos,
ditiofosfatos Espumantes Dowfroth, aceite de
pino, MIBC Depresores Na2S, NaHS
Colas lt0,1 Cu
14
Proceso de Concentración Minerales
Minerales Sulfurados Flotación de Molibdeno
Concentrado Cu-Mo
2ª
ROUGHER
Concentrado Cu
1ª LIMPIEZA
3ª
4ª
5ª
SCAVENGER
6ª LIMPIEZA
LIXIVIACIÓN
MoS2
MoS2
Filtro
MoS2
15
Procesos Pirometalúrgicos
Procesamiento de Sulfuros de Cobre
CONCENTRADO DE MINERALES SULFURADOS FUNDENTES
TOSTACIÓN
SECADOR ROTATORIO
SECADOR ROTATORIO
PROCESOS CONTINUOS Y/O EN UNA ETAPA
HORNO DE REVERBERO
HORNO FLASH
CONVERTIDOR TENIENTE
RUEDA DE MOLDEO
HORNO ANODICO
CONVERTIDOR PEIRCE SMITH
ANODO
16
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Objetivo
• Descomponer químicamente los concentrados para
  obtener metal blanco.
• Proceso
• El proceso de fusión - conversión consiste
  principalmente en las siguientes etapas
• Descomposición
• Fusión
• Oxidación
• Formación de Metal Blanco
• Formación de Escoria

17
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Materias Primas
• Sólidos Concentrado seco, sílice, circulante.
• Líquidos Petróleo
• Gases Aire y oxígeno.

18
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Principales Compuestos del Concentrado de Cobre

FÓRMULA QUÍMICA
NOMBRE
Calcopirita
CuFeS2
CuS
Covelina
Cu5FeS4
Bornita
Cu2S
Calcosina
FeS2
Pirita
Cu2O
Cuprita
Cu3AsS4
Enargita
SiO2
Sílice
CaO
Calcita
Al2O3
Alúmina
MgO
Magnesita
19
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Productos
• Fase Metal Blanco Solución líquida compuesta por
  una mezcla de súlfuros de cobre y de hierro (Cu2S
  y FeS). La composición es de 62-75 Cu
• Fase Escoria La escoria de fusión está formada
  por óxidos provenientes de la carga y óxidos
  formados por la oxidación durante el proceso.
  Está constituida principalmente por FeO, SiO2,
  Fe3O4 , CaO, Al2O3, MgO.
• Fase Gaseosa Formada básicamente por dióxido de
  azufre (SO2), oxígeno (O2), nitrógeno (N2) y
  vapor de agua (H2O)

20
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Reacciones de Descomposición
• La calcopirita (CuFeS2), se desdobla debido a la
  alta temperatura existente en el Horno de
  Fusión-Conversión
• (1200 a 1250 C).

½ S2(g)
2 FeS(S)
Cu2S(S)
?
Calor
2CuFeS2
Sulfuro de hierro
Calcosina
Calor
Calcopirita
Azufre
21
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Descomposición
• La covelina y la pirita se descomponen producto
  de la inestabilidad que presentan a la
  temperatura de fusión.

½ S2 (g)
Cu2S(S)
?
Calor
2 CuS
Calor
Azufre
Calcosina
Covelina
½ S2(g)
FeS(S)
?
Calor
FeS2
Sulfuro de Hierro
Calor
Pirita
Azufre
22
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Fusión
• En términos generales la fusión es el paso de
  los compuestos en estado sólido a líquido
  mediante el uso de calor

Cu2S(l)
?
Calor
Cu2S(S)
Calcosina (líquida)
Calcosina (sólida)
FeS(l)
FeS(s)
Calor
?
 
Sulfuro de hierro (líquido)
Sulfuro de hierro (sólido)
23
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Fusión
• En forma análoga, los óxidos presentes en el
  baño se funden pasando a la fase líquida. En las
  reacciones siguientes se muestra en forma
  específica el cambio de estado de la sílice, y en
  forma general la fusión de los demás óxidos
  (óxido de calcio, de magnesio, de aluminio,
  etc.).

SiO2 (l)
?
Calor
SiO2(S)
Sílice (líquida)
?
Calor
Sílice (sólida)
Óxidos (l)
?
Calor
Óxidos (S)
24
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Oxidación
• Las reacciones de oxidación que ocurren durante
  el proceso son exotérmicas (liberan calor), y
  aportan la energía necesaria, principalmente para
  las etapas de descomposición y fusión.
• La oxidación del sulfuro de hierro con aire, que
  se caracteriza por ser una reacción altamente
  exotérmica, produce fundamentalmente óxidos de
  hierro.

25
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Oxidación

SO2 Calor
FeO
?
3/2 O2
FeS
Anhídrido sulfuroso
Óxido de hierro
Oxígeno
Sulfuro de hierro
3SO2 Calor
Fe3O4
?
5O2
3 FeS
Anhídrido sulfuroso
Magnetita
Oxígeno
Sulfuro de hierro
Calor
Fe3O4
?
½ O2
3 FeO
Magnetita
Óxido de hierro
Oxígeno
SO2
?
FeS
10FeO
3Fe3O4
Anhídrido sulfuroso
Óxido de hierro
Sulfuro de hierro
Magnetita
26
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Oxidación (continuación)

Calor
SO2
?
O2
½ S2
Anhídrido sulfuroso
Oxígeno
Azufre
Calor
SO2(g)
Cu2O(l)
?
3/2O2(g)
Cu2 S(l)
Anhídrido sulfuroso
Óxido de cobre
Oxígeno
Sulfuro de cobre
Cu2O(l)
FeS
Cu2 S(l)
?
FeO
Óxido de cobre
Sulfuro de hierro
Sulfuro de cobre
Óxido de hierro
27
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Formación de metal blanco
• Una vez que los sulfuros de cobre y hierro pasan
  a estado líquido, se mezclan entre sí formando la
  fase de metal blanco.
• Esta fase sulfurada es más densa que los óxidos
  silicatados presentes e inmiscibles en ellos, lo
  que permite la separación de sulfuros y óxidos

Cu2 S(l) FeS(l)
?
FeS(l)
Cu2 S(l)
Sulfuro de hierro (l)
Sulfuro de cobre (l)
Metal blanco
28
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Escorificación
• Los óxidos presentes en la fase líquida se
  combinan con la sílice formando la fase escoria.
• Esta fase es inmiscible con el metal blanco.
• La escoria posee menor densidad que el metal
  blanco y se acumula en la zona superior del baño
  líquido.

29
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Escorificación

2 FeO SiO2 (Fe2SiO4)
?
SiO2
2 FeO
Fayalita
Sílice
Óxido de hierro
CaO SiO2 (CaSiO3)
?
SiO2
CaO
Disolución del óxido de calcio en la fase escoria
Sílice
Calcita
2 MgO SiO2 (Mg2SiO4)
?
SiO2
2 MgO
Disolución del óxido de magnesio en la fase
escoria
Sílice
Magnesita
2Al2O3 3SiO2
?
3SiO2
2Al2O3
Disolución del óxido de aluminio en la fase
escoria
Sílice
Alúmina
30
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fusión-Conversión

• Equipos
• Convertidor Teniente
• Horno Flash
• Reactor Noranda

31
Proceso de Fusión-Conversión
Convertidor Teniente
ALIMENTACIÓN DE SÓLIDOS Y SÍLICE
GASES
CONCENTRADO SECO
METAL BLANCO A CONVERTIDORES PS
ESCORIA A HORNOS LIMPIEZA DE ESCORIA
73-75 Cu
7-8 Cu
32
(No Transcript)
33
Proceso de Fusión-Conversión
Horno Flash
34
Proceso de Fusión-Conversión
Quemador Horno Flash
35
Proceso de Fusión-Conversión
Quemador Horno Flash
36
Proceso de Fusión-Conversión
Reactor Noranda
ALIMENTACIÓN DE SÓLIDOS Y SÍLICE
GASES
ESCORIA A FLOTACIÓN
METAL BLANCO A CPS
CONCENTRADO SECO
37
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Conversión

• Objetivo
• Producir cobre blister a partir de metal blanco.
• Proceso de Conversión de Sulfuros
• El proceso de conversión consiste primero en
  oxidar el sulfuro de hierro aún presente en el
  metal blanco y luego oxidar el sulfuro de cobre,
  obteniéndose Cobre metálico como producto.

38
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Conversión

• Oxidación Ferrítica

SO2 Calor
FeO
?
3/2 O2
FeS
Anhídrido sulfuroso
Óxido de hierro
Oxígeno
Sulfuro de hierro
3SO2 Calor
Fe3O4
?
5O2
3 FeS
Anhídrido sulfuroso
Magnetita
Oxígeno
Sulfuro de hierro
3 FeO
Calor
Fe3O4
?
½ O2
Óxido de hierro Oxígeno
Calor
Magnetita

• Escorificación

2 FeO SiO2 (Fe2SiO4)
?
SiO2
2 FeO
Fayalita
Sílice
Óxido de hierro
39
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Conversión

• Soplado de Cobre

Calor
SO2(g)
2Cu(l)
?
O2(g)
Cu2 S(l)
Anhídrido sulfuroso
Cobre blister
Oxígeno
Sulfuro de cobre
Calor
SO2(g)
Cu2O
?
3/2O2(g)
Cu2 S(l)
Anhídrido sulfuroso
Óxido de Cobre
Oxígeno
Sulfuro de cobre
Calor
SO2(g)
6Cu(l)
?
2Cu2O
Cu2 S(l)
Anhídrido sulfuroso
Cobre blister
Óxido de cobre
Sulfuro de cobre
40
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Conversión

• Equipos
• Convertidor Peirce-Smith
• Convertidor Flash

41
Proceso de Conversión
Convertidor Peirce Smith
EJE DESDE FUSION - CONVERTIDOR TENIENTE -
HORNO FLASH
GASES
QUEMADOR AIRE - OX-COMBUSTIBLE
AIRE ENRIQUECIDO
COBRE CON 0,02 S 0,50 O2
COBRE BLISTER A HORNOS DE ANODOS
ESCORIA CIRCULANTE
42
Proceso de Conversión
Convertidor Flash
AIRE
SO2 OTROS GASES
FUNDENTE CaO
COMBUSTIBLE
ESCORIA
COBRE BLISTER
43
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Refinación a Fuego

• Refinación de Cobre
• El objetivo de la refinación es disminuir el
  azufre y oxígeno presente en el cobre líquido a
  valores de 0,002 de azufre y 0,15 de oxígeno.
• Proceso
• El proceso consiste en una primera etapa en
  eliminar el azufre por oxidación con aire y luego
  eliminar el oxígeno disuelto en el líquido
  mediante inyección de combustibles al baño.

44
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Refinación a Fuego

• Etapa de Desulfurización

O2(g)
SO2(g)
?
SX (Cu)
Azufre en cobre blister
Anhídrido sulfuroso
Oxígeno
Cu2O (l)
?
O2(g)
Cu (l)
Óxido de Cobre
Oxígeno
Cobre blister

• Etapa de Reducción

XCO2(g)
Cu2O (l)
?
CXHY (g)
2Cu(l)
(Y/2) H2O(g)
ZO2(g)
Oxido de Cobre
Oxígeno
Anhídrido carbónico
Hidrocarburo
Cobre anódico
Agua
45
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Refinación a Fuego

• Equipos
• Horno Rotatorio de Refino a Fuego
• Horno Reverbero

46
Proceso de Refinación a Fuego
Horno de Refino a Fuego

• BLISTER
• DESDE CONVERSION
• CONVERTIDOR PEIRCE SMITH
• COVERTIDOR FLASH

GASES
AIRE
COMBUSTIBLE
A RUEDA DE MOLDEO
ANODOS
47
Proceso de Refinación a Fuego
Proceso de Moldeo de Ánodos
48
Proceso de Refinación a Fuego
Proceso de Moldeo de Ánodos
49
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Limpieza de Escoria

• Limpieza de Escoria
• El objetivo de este proceso es recuperar el
  cobre contenido en la escoria.
• Las escorias enviadas a botadero deben contener
  valores menores a 1 de Cobre.
• Proceso
• El proceso consiste básicamente en reducir el
  nivel de magnetita de la escoria, lo que permite
  disminuir la viscosidad y decantar el metal
  blanco atrapado en la escoria.
• Además, parte del cobre oxidado se puede reducir
  a cobre metálico, el cual decanta al fondo del
  horno.

50
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Limpieza de Escoria en HLE

• Reducción de Magnetita

CXHY (g)
(X/2)O2(g)
?
XCO(g)
(Y/2) H2(g)
Hidrocarburo
Monóxido de carbono
Oxígeno
Hidrógeno
CO(g)
Fe3O4
CO2(g)
?
3FeO(l)
Monóxido de carbono
Magnetita
Óxido de hierro
Anhídrido carbónico
?
3FeO(l)
H2(g)
Fe3O4
H2O(g)
Óxido de hierro
Magnetita
Agua
Hidrógeno

• Escorificación

2 FeO
SiO2
2 FeO SiO2 (Fe2SiO4)
?
Fayalita
Óxido de hierro
Sílice
51
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Limpieza de Escoria en HELE

• Reducción de Magnetita

XCO(g)
XC (s)
(X/2)O2(g)
?
Monóxido de carbono
Carbón
Oxígeno
CO2(g)
3FeO(l)
CO(g)
Fe3O4
?
Óxido de hierro
Anhídrido carbónico
Monóxido de carbono
Magnetita
?
CO
3FeO(l)
Fe3O4
C (s)
Magnetita
Óxido de hierro
Carbón
Monóxido de carbono

• Escorificación

2 FeO SiO2 (Fe2SiO4)
SiO2
?
2 FeO
Sílice
Óxido de hierro
Fayalita
52
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Limpieza de Escoria

• Equipos
• Horno de Limpieza de Escoria, HLE
• Horno Eléctrico, HELE

53
Proceso de Limpieza de Escoria
Horno Limpieza de Escoria
ESCORIA DESDE FUSION - CONVERTIDOR TENIENTE -
HORNO FLASH
GASES
QUEMADOR AIRE - OX-COMBUSTIBLE
REDUCTOR
MATA A CONVERTIDORES PIERCE SMITH
AIRE
ESCORIA A BOTADERO
54
Proceso de Limpieza de Escoria
Horno Eléctrico
ESCORIA DESDE FUSION - CONVERTIDOR TENIENTE -
HORNO FLASH
ELECTRODOS
CARGA FRÍA
GASES
MATA A CONVERTIDORES PEIRCE SMITH
ESCORIA A BOTADERO
55
Escoria a Botadero
56
Procesos Pirometalúrgicos
Procesos de Fundición (El Teniente)
PLANTA ACIDO SULPURICO
CONCENTRADO DE COBRE
GAS 1012 SO2
SECADOR LECHO FLUIDIZADO (2)
PLANTA OXÍGENO
0,2 HUMEDAD
ESCORIA 6- 8 Cu
METAL BLANCO 75 Cu
METAL BLANCO 7275 Cu
AIRE CARBÓN
AIRE
ESCORIA A BOTADERO lt 0.85 Cu
COBRE BLISTER 99.3 Cu
RUEDA MOLDEO RAF (2)
RUEDA MOLDEO ANODOS (1)
ANODOS 99,7 Cu
COBRE RAF
99.9 Cu
57
Procesos Pirometalúrgicos
Procesos de Fundición (Chagres)
Gases
CONCENTRADO DE COBRE
SECADO
HORNO FLASH
PLANTA DE ACIDO
Escoria
Metal Blanco
Escoria Botadero
Metal Bajo
PLANTA DE OXIGENO
H.L.E.
C. P. S.
Cobre Blister
HORNO DE REFINO
ÁNODOS
RUEDA DE MOLDEO
58
Procesos Pirometalúrgicos
Proceso de Fundición y Refinería (Ventanas)
Gases
MEZCLAS DE CONCENTRADO
SECADO
PLANTA DE ACIDO
CONVERTIDOR TENIENTE
Escoria
Metal Blanco
Escoria Botadero
Metal Bajo
PLANTA DE OXIGENO
C. P. S.
Cobre Blister
METALES NOBLES
REFINERIA ELECTROLITICA
HORNO DE REFINO
ÁNODOS
RUEDA DE MOLDEO
CÁTODOS
59
Procesos Electrometalúrgicos
Electrorefinación de Cobre

• Objetivos
• Producir cobre de 99,99 de pureza a partir
  de ánodos producidos en los Procesos
  Pirometalúrgicos de Fundición.
• Proceso
• El Proceso de Electrorefinación de Cobre,
  consiste en disolver, en una solución acuosa de
  sulfato de cobre (electrolito), el cobre impuro
  contenido en los ánodos y depositar sobre
  cátodos, mediante la aplicación de energía
  eléctrica, cobre de alta pureza.

60
Procesos Electrometalúrgicos
Electrorefinación de Cobre

• Disolución Electroquímica de los ánodos
• Cuánodo ? Cu2 2e
  eºred 0,337 V
• Depositación de cobre en el cátodo
• Cu2 2e ? Cucátodo
  eºoxid - 0,337 V
• Potencial Teórico de Celda
• ecelda ( 0,337) (- 0,337) 0,0
  Volt

61
Procesos Electrometalúrgicos
Electrorefinación de Cobre
CATODO


-
ANODO Cu
ANODO Cu
Entrada Electrolito
Salida Electrolito
Cu
Cu
Electrolito Cu2 H2SO4 H2O
Cu2
Cu2
barro anódico
barro anódico
Barro anódico Au, Ag, Pt, Se, Te
62
Procesos Electrometalúrgicos
Electrorefinación de Cobre
PRODUCTO FINAL CÁTODOS DE COBRE
ELECTROLÍTICO PUREZA 99,99 Cu
63
Procesos Electrometalúrgicos
64
Conminución de Óxidos

• Objetivos
• Disminuir el tamaño de las rocas mineralizadas,
  adecuándola a los requerimientos de tamaño del
  proceso de lixiviación.
• Proceso
• El material extraído pasa secuencialmente por
  Chancadores Primarios (8) y Chancadores
  Secundarios (tamaño mayor a ½).

65
Conminución de Óxidos
Tamaño 1,2 cm
Chancado Primario
Chancado Secundario
66
Procesos Hidrometalúrgicos

• Objetivos
• Disolver el cobre contenido en los minerales
  oxidados, mediante tratamiento de los sólidos con
  soluciones de ácido sulfúrico, proceso conocido
  como Lixiviación.
• Purificar las soluciones de sulfato de cobre,
  mediante Extracción por Solvente.

67
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación

• Proceso
• El proceso de lixiviación se aplica
  principalmente a minerales de cobre oxidados, a
  óxidos y sulfuros de baja ley.
• El proceso de lixiviación consiste en la
  disolución química de parte de la materia prima
  tratada para formar una solución que contenga el
  metal que se desea recuperar.
• La lixiviación disuelve elementos deseados y
  también algunos no deseados, dejando un residuo
  insoluble.

68
Procesos Hidrometalúrgicos
Esquema de Lixiviación Típica de Minerales
Oxidados
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES
LIXIVIACIÓN
ÓXIDOS DE COBRE
PILAS DE LIXIVIACIÓN
REEXTRACCIÓN
REFINADO
EXTRACCIÓN
CÁTODOS
ELECTROOBTENCIÓN
69
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación

• Factores técnicos y económicos en el análisis de
  un proyecto de lixiviación
• Ley de la especie de interés a recuperar
• Reservas de mineral
• Caracterización mineralógica y geológica
• Consumo de agente lixiviante
• Capacidad de procesamiento
• Costos de operación y de capital
• Rentabilidad económica

70
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación

• El medio de lixiviación para minerales de cobre
  es normalmente una solución acuosa de ácido
  sulfúrico.
• El amoníaco y el ácido clorhídrico se usan en dos
  o tres casos para minerales sulfurados, sulfuros
  de Ni-Cu y también han sido propuestos para
  concentrados de sulfuro de cobre.

71
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación

• Minerales y Reactivos
• Las ventajas principales del ácido sulfúrico son
  su bajo costo y su acción rápida sobre los
  minerales de cobre que contienen oxígeno.
• Además, el ácido es en parte regenerado cuando
  se lixivian minerales de sulfato o sulfuro.

72
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación de Óxidos

• Los minerales de cobre que contienen oxígeno son
  muy solubles en ácido sulfúrico diluido.
• Los factores que favorecen la lixiviación son la
  alta concentración de ácido (hasta 150 kg
  H2SO4/m3), temperaturas elevadas (hasta 60ºC) y
  grandes áreas de contacto.
• Reacción general

73
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación de Sulfuros

• Los minerales sulfurados de cobre son
  prácticamente insolubles en ácido sulfúrico, a
  menos que se tengan condiciones oxidantes. Aun
  así, las reacciones de lixiviación tienden a ser
  lentas.
• La disolución de los sulfuros metálicos ocurre en
  presencia de agentes oxidantes, tales como Fe3
  y/o O2.
• Reacción general

MS Oxid ? Mm SO4-2
74
Procesos Hidrometalúrgicos
Lixiviación de Sulfuros

• El problema de las emisiones de SO2 de las
  fundiciones ha dado considerable impulso al
  estudio de técnicas hidrometalúrgicas para el
  tratamiento de sulfuros, mediante Biolixiviación.
  

MS Oxid ? Mm SO4-2
bacterias
75
Procesos Hidrometalúrgicos
Sistemas de Lixiviación

• Lixiviación de lechos fijo
• in situ
• en botaderos
• en pilas
• en bateas
• Lixiviación de pulpas
• por agitación
• en autoclave

76
Procesos Hidrometalúrgicos
Sistemas de Lixiviación
77
Procesos Hidrometalúrgicos
Extracción por Solvente

• Objetivo
• Capturar selectivamente los iones Cu2 desde una
  solución de baja concentración impura y
  liberarlos en una solución de alta acidez,
  obteniéndose una solución de mayor concentración
  de cobre con menores impurezas (electrolito).

78
Procesos Hidrometalúrgicos
Extracción por Solvente

• Proceso
• El proceso SX es altamente selectivo. La
  solución acuosa es puesta en contacto con un
  orgánico capaz de extraer desde ella el cobre que
  contiene.
• En un paso siguiente el cobre es reextraído
  desde el orgánico, obteniéndose una solución de
  sulfato de cobre de alta pureza.

79
Procesos Hidrometalúrgicos
Extracción por Solvente

• Reacción de extracción

• Reacción de reextracción

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Procesos Hidrometalúrgicos
Extracción por Solvente
Cu2
2H
Cu
Mecanismo de Quelación
81
Procesos Hidrometalúrgicos
Extracción por Solvente Proceso de Extracción
Orgánico descargado
Orgánico cargado
Mezclador - decantador
Refinado a etapa de Lixiviación
Solución de Lixiviación
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Procesos Hidrometalúrgicos
Extracción por Solvente Proceso de Reextracción
Orgánico cargado
Orgánico descargado
Mezclador - decantador
Electrolito de alta concentración de cobre a
Electroobtención
Electrolito de baja concentración de cobre
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Procesos Electrometalúrgicos
Electro-obtención de Cobre

• Objetivos
• Producir cobre de 99,99 de pureza a partir
  del electrolito de sulfato de cobre proveniente
  de la etapa SX.
• Proceso
• El Proceso de Electroobtención de Cobre,
  consiste en depositar el cobre disuelto en la
  solución acuosa de sulfato de cobre (electrolito)
  sobre cátodos, mediante la aplicación de energía
  eléctrica.

84
Procesos Electrometalúrgicos
Electro-obtención de Cobre

• En el cátodo ocurre la reducción de los iones
  cúpricos a cobre metálico.
• Cu2 2e- ? Cu eºred
  0,337 V
• En el ánodo ocurre la oxidación de descomposición
  de agua.
• H2O ? 1/2O2 2H 2e- eºoxid -
  1,229 V
• ecelda (0,337) (-1,229) -
  0,892 Volt
• Un potencial de celda negativo significa que al
  sistema debe suministrarse energía eléctrica
  desde una fuente externa para que ocurra.

85
Procesos Electrometalúrgicos
Electro-obtención de Cobre


CATODO
ANODO Pb
ANODO Pb
-
Electrolito de alta concentración de cobre
Electrolito de baja concentración de cobre
Cu
Cu
O2 gas
O2 gas
Electrolito Cu2 H2SO4 H2O
Cu2
Cu2
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Procesos Hidrometalúrgicos
Sistemas de Lixiviación

• Lixiviación In Situ
• Este tipo de técnica se refiere a la lixiviación
  de residuos fragmentados dejados en minas
  abandonadas o a la aplicación de soluciones
  directamente a un cuerpo mineralizado.

87
Procesos Hidrometalúrgicos
Sistemas de Lixiviación

• Lixiviación en Botaderos
• Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de
  minas de tajo abierto, los que, debido a sus
  bajas leyes, no pueden ser tratados por métodos
  convencionales.
• Este material es depositado sobre superficies
  impermeables y las soluciones percolan a través
  del lecho por gravedad.
• Normalmente son de grandes dimensiones, requiere
  poca inversión y es económico de operar, pero la
  recuperación es baja (40-60 Cu) y necesita
  tiempos largos para extraer todo el metal.

88
Procesos Hidrometalúrgicos
Sistemas de Lixiviación

• Lixiviación en pilas
• La lixiviación en pila es una lixiviación por
  percolación del mineral acopiado sobre una
  superficie impermeable, preparada para colectar
  las soluciones.
• Se diferencia de la lixiviación en botaderos en
  que se emplea mineral extraído de la mina o
  procesado previamente, en vez de materiales de
  sobrecarga.

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Procesos Hidrometalúrgicos
Sistemas de Lixiviación

• Lixiviación por Agitación de Minerales Oxidados
• La lixiviación por agitación es una lixiviación
  rápida de partículas finas (normalmente 90 - 75
  ?m) en soluciones concentradas de ácido. La
  lixiviación por agitación toma de 2 a 5 h.