INFORME N°6 PROCESO HIDROMETALURGICO DE LIXIVIACION DE MINERALES DE OXIDOS DE COBRE (PERCOLACION EN COLUMNA CON ACIDO SULFURICO) I.
OBJETIVOS
Conocer el método de lixiviación por percolación y la incidencia en la recuperación de cobre como sulfato cúprico en función de la correlación del tiempo y el tamaño de particula del mineral del mineral oxidado.
II.
INTRODUCCION
Los minerales de cobre están divididos en dos grandes familias, los sulfuros y los oxidos. Ambos presentan como es lógico una reactividad muy diferente al tratamiento quimico. Los yacimientos de cobre fueron divididos en dos categorías en 1963 por Glembtskii, V.A, Klasen, V.I y Plaksin, I.N. 1. Asociaciones sulfuradas de cobre y pirita de tipo filoniano. 2. Manifestaciones de impregnación más o menos difusas, asociadas con una mineralización piritosa no mi abundante, que se encuentran en algunos pórfidos cupríferos. El tratamiento químico, aplicado al primer tipo de yacimiento mediante lixiviación con ácido sulfúrico es un proceso extremadamente lento tomando de 3-30 años (mediante lixiviación bacteriana se ha reducido considerablemente estos tiempos). Para el segundo tipo de yacimientos la lixiviación mediante ácido sulfúrico es la más utilizada por las ventajas que presenta tanto en tiempo (días/meses), como en cuanto a costos del insumo quimico. a- Reacciones químicas de los minerales oxidados de cobre con ácido sulfúrico: Cuprita
Azurita
> > 2 3 > 3 2 4
Malaquita
2 > 2 3
Crisocola Tenorita
.2 > 3 > 3
La lixiviación por percolación en columna se aplica generalmente a minerales de cobre de baja ley (0.2-1%), que contienen el mineral valioso finamente diseminado y las características químicas de la ganga se manifiestan con tendencias de mediana o muy baja reactividad a la solución lixiviante. III.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Material y Equipo
2 Bombas peristálticas con dos cartuchos c/u y mangueras. 4 Vasos de precipitados de 1 L. 4 Columnas para percolación. 3 Vasos de precipitados de 3 L. 2 Fiolas de 1000 mL. 2 pH-metros. 40 Envases de plástico de 20 mL. 100 mL de Ácido Sulfúrico (97% w/w, p=1.84g/cc) 3 L. de una solución de ácido sulfúrico de 20 g/L.
Mineral
1.5 Kilos del mineral clasificado en los siguientes rangos -4.75 +3.35 mm, -3.35 +2.36 mm, -2.36 +1.70 +1.18 mm. Análisis Mineralógico: Malaquita (mayoritario), cuprita, tenorita y calcopirita. Análisis químico del mineral (determinado en el primer laboratorio):
Procedimiento Experimental
1. Instale el equipo de acuerdo a las instrucciones suministradas en el laboratorio. 2. Cargue c/u de las columnas con aproximadamente de 750 gramos de mineral de cobre. Columna 1 2
Tamaño de Partículas -1/4 +1/4
3. Determine el pH de la solución de ácido sulfúrico 20 g/l con el pH-metro.
4. Gradué el flujo de la solución lixiviante a 20 ml/min. 5. Tome 10 ml de muestra de c/columna, las tres primeras cada 2 horas y las siguientes cada horas hasta completar las 42 horas de recirculación de la solución lixiviante y en cada oportunidad determine el contenido de ácido sulfúrico, mediante mediciones de cada oportunidad determine el contenido de ácido sulfúrico, mediante mediciones de pH, reponga el ácido necesario para mantener la concentración en 20 g/l y reponga los pH, reponga los 10 ml tomados para el análisis químico con solución nueva de ácido sulfúrico 20 g/l. 6. Envié los 10 ml al análisis químico, para la determinación del contenido de cobre, en la última muestra se debe determinar también el contenido de fierro. 7. Finalmente descargue las columnas separadamente secando el mineral para su posterior análisis químico.
IV.
MANEJO DE RESULTADOS
determinación de el volumen de la solución lixiviante
En un vaso de 120 ml lo llenamos de mineral al tope, la cual peso 100g, y como tenemos la densidad del mineral 1.731g/ml hallaremos por diferencia el volumen la solución empleada para inundar el mineral
100g× 1.731 =57.8 12057.8=62.2 ó
Para 1000g de muestra se necesita
62.2 ×1500=933 100 Para la malla 1/4 de 938g se requirió de solución
933 ×938=583.436 1500 Para la malla - 1/4 de 562g se requirió de solución
933 ×562=349.564 1500
Hallamos el peso de
inicial sabiendo que su concentración es de
0,2M, para una solución de 933ml.
C= 0,2 M
→ 2+ − 0,2= 0,933 →=0.1866= 98 = 18.2868 0,2
0,4
0,2
El PH de la solución de 0.2M fue 1, la cual nos indicó el papel indicador.
-
Hallamos el PH de la solución real
+] = [ ==0,4 log[0.4] -
La solución fue dividida en dos soluciones para dos minerales de mallas 1/4 y -1/4 respectivamente, determinaremos los gramos de ácido sulfúrico para cada solución. o
Malla - 1/4
→=0.0699128= =6.8514544 0,2= 0.349564 98 o
Malla 1/4
→=0.1166872= =11.4353456 0,2= 0.583436 98
Hallamos los gramos de ácido sulfúrico y su concentración para c ada PH
[+] = − − 24 = 2 × ×
-
Para un PH = 1
− =0.1
→ 2+ −
0.05
− 24 = 2 × × 0.1 ×.349564×98= 1.7128636 24 1 2 4 0.1 ×0.583436×98=2.8588364 24 1 2 4
Mineral fino
Mineral grueso
-
0,1
Para un PH = 2
− =0.01
→ 2+ −
0.005
Mineral fino
0,01
− 24 = 2 × ×
0.01 ×0.349564×98=0.17128636 24 1 2 4
Mineral grueso
0.01 ×0.583436 98 = 0.28588364 24 1 2 4 -
Si su PH=3
− =0.001
→ 2+ −
0.0005
24 = − 2 × × 0.001 ×0.349564×98=0.01712863624 1 2 4 0.001 ×0.583436×98=0.02858836424 1 4 2
Mineral fino
Mineral grueso
-
0,001
Si su PH=4
− =0.0001
→ 2+ −
0.00005
0,0001
− 24 = 2 × × 0.0001 ×0.349564×98=0.001712863624 1 2 4 0.0001 ×0.583436×98=0.00285824 1 2 4
-
Si su PH=6
− =0.000001
→ 2+ −
0.0005
0,001
− 24 = 2 × × 0.000001 ×0.349564×98=0.00001724 1 2 4
Mineral fino
Mineral grueso
0.000001 ×0.583436×98=0.000028 (1) 2 4
HORA
Veamos la variación de PH para cada columna COLUMNA -1/4 (FINA)
] M
PH
0.2
0.4
4
0.05
2
8
0.0005
12 16
[ 0
COLUMNA +1/4 (gruesa)
(gr) [] 6.8514544 0.2 0.05
1
2
0.171286
0.0005
3
0.0005
3
0.017129
0.0005
3
0.00005
4
0.001713
0.0005
3
6.83432
Consumo de acido
Se añadió acido=0.683432 0 24 28
0.4
0.171286
Consumo de acido
20
PH
0.2
0.4
6.8514544
(gr) 11.4353456 2.8588364 0.028588 0.028588 0.028588 11.40676
Se añadió acido=11.40676
11.4353456
0.2
0.4
1.71286
0.0005
1
2
0.171286
0.0005
1
0.005
3
0.017129
0.0005
2
0.005
3
0.017129
0.0005
2
Consumo de acido
6.8343254
Consumo de acido
11.14946
Consumo total
13.66865
Consumo total
22,5562
0.0005 0.0005
32
1
2.8588364 2.8588364 0.28588 0.28588
a) Determine el consumo total en toneladas de ácido sulfúrico por tonelada de mineral procesado para cada columna.
Determinamos las toneladas de para ambas columnas. -
consumidos por tonelada de mineral
Para la columna de maya -1/4
13.66865 × 1000 1000
562 1 1 =24321.28
-
Para la columna de maya +1/4
22.5562 × 1000 1000
938 1 1 =24047.12
b) Determine el consumo en toneladas de ácido sulfúrico por kilo de cobre extraído.
Determinamos los gramos de cobre que reaccionan en ambas columnas.
-
Para la columna de maya -1/4
24 → 3 98
13.66865
160 x
13.6686524 160 = =22.32 98 24 → 22.32 64 = 160 24 =8.93 1.367x 105 Tn =1.530×10− / 0.00893 160 22.32
-
64
x
Para la columna de maya +1/4
24 → 3
98
22.5562
160 x
22.556224 160 = =36. 8 26 98 24 → 36.826 36.826 64 = 160 24 =14.73 22.5562 ×10− =1.53×10− / 0.01473 160
64 x
c) Confeccione los siguientes graficos para cada columna:
-
Cobre vs Tiempo (Horas) Ph vs Tiempo (Horas) % Recup. De Cu vs Tiempo (Horas) Tamaños de partículas vs Recup. De Cobre
Para la concentración del cobre obtenemos lo siguientes datos de acuerdo al pH. Consumo de gramos de ácido por PH (0.4 -1), diferencia de gramos de ácido iniciales y finales Para los 0.188 l
× = 3.682 0.9212 =2.7608 → 3
98 2.7608
160 x
2.7608 160 = =4. 5 074 98 → 160 64 4.5074
x
4.5074 64 = 160 =1.803 La concentración es:
1.803 = 9.5902 ( 1) 0.188 4 Para los 0.434 ml
× = 8.51 2.1266 =6.3834 98 → 3 160 6.3834
x
6.3834 160 = =10. 4 219 98 → 160 64 10.4219
x
10.4219 64 = 160 =4.1688 La concentración es:
4.1688 = 9.6055 ( 1) 0.434 4 -
Consumo de gramos de ácido por PH (1 -3), diferencia de gramos de ácido iniciales y finales Para los 0.188 ml
× = 0.9212 0.0092 =0.912 98 → 3 160 0.912
x
0.912 160 = =1. 4 89 98 → 160 64 1.489
x
1.489 64 = 160 =0.5956 La concentración es:
0.5956 = 3.1681 ( 1) 0.188 4
Para los 0.434 ml
× = 2.1266 0.0213 =2.1053 98 → 3 160 2.1053
x
2.1053 160 = =3. 4 372 98 → 160 64 3.4372
x
3.4372 64 = 160 =1.3749 La concentración es:
1.3749 = 3.1679 ( 1) 0.434 4 -
Consumo de gramos de ácido por PH (3 -4), diferencia de gramos de ácido iniciales y finales Para los 0.188 ml
× = 0.0092 0.0009 =0.0083 98 → 3 160 0.0083
x
0.0083 160 = =0. 0 136 98 → 160 64 0.0136
x
0.0136 64 = 160 =0.0054 La concentración es:
0.0054 = 0.0289 ( 1) 0.188 4 -
Consumo de gramos de ácido por PH (1 -2), diferencia de gramos de ácido iniciales y finales Para los 0.188 ml
× = 0.9212 0.0921 =0.8291 98 → 3 160 0.8291
x
0.8291 160 = =1. 3 536 98 → 160 64 1.3536
x
1.3536 64 = 160 =0.5415 La concentración es:
0.5415 = 2.88 ( 1) 0.188 4 Tabla 1 – Variación de pH y Concentración de cobre durante el proceso de lixiviación. Tiempo (hrs) 0 4 8 12 16 0 20 24 0 28 32 V.
Columna 1 (-1/4) Cu g/l pH Ini. Fin. 0 0.4 9.5902 0.4 1 1 3 0 3 3 3 4 0 1 1 3 0 3 3 0 1 1 2 0 2 2
3.1681 0.0289 3.1681 2.88
Columna 2 (+1/4) Cu g/l pH Ini. Fin. 0 0.4 9.6055 0.4 1 1 3 0 3 3 0 3 3 0 1 1 3 0 3 3 0 1 1 3 0 3 3
3.1679 3.1679 3.1679
Discusion de Resultados
Analice los resultados obtenidos con la ayuda de los graficos construidos, considerando los tamaños de partículas procesados, los contenidos de hierro y cobre finales, consumo de acido sulfúrico y posibles tratamientos posteriores para la obtención de cobre metalico. Considere que uno de los objetivos de este proceso hidrometalurgico es el de obtener la mayor recuperación de cobre al menor costo posible. VI.
Cuestionario
1. Sugiera un procedimiento experimental para determinar la velocidad de flujo optima para un tamaño de particula determinado.
Lo mas recomendable seria trabajar con una granulometría que no sea tan fina, para que el acido pueda penetrar las capas del mineral, y para que hay una buena concentración de cobre se necesita elegir el caudal adecuado. Al trabajar con mineral de maya +1/4 el caudal optimo para que pueda concentrar el mayor cobre seria de 0.1 ml/s y asi poder evitar tanto consumo de acido. 2. De acuerdo a la concentracion de las soluciones enriquecidas en cobre obtenidas, que tratamientos posteriores reconmendaria para la obtención del cobre metalico en cada caso.
Utilizaríamos la cementación. la ventaja principal de la cementación es su sencillez. Virtualmente se puede remover todo el cobre de la solución en una serie corta de tanques o de canales de contacto. Contra esta sencillez se debe considerar el hecho de que el producto de cobre se purificará posteriormente. 3. De acuerdo a la ley de cabeza del mineral trabajado y con la información teorica suminastrada ¿ Que método de lixiviación debería de aplicarse?
En este caso se trabajo con un mineral de baja ley por las observaciones que se pudieron dar, lo mas recomendable seria utilizar el método de una lixiviación en pilas y asi no desperdiciar tanto acido. VII.
Conclusiones
Los conceptos termodinámicos sobre la actividad química y fuerza iónica descritos anteriormente son verificados con los resultados experimentales de esta prueba, teniendo una mayor recuperación de cobre a una mayor actividad química y a su vez una menor concentración de ácido sulfúrico en el riego. Mediante la experimentación se pudo observar que el mineral dentro de la columna de maya +!/4 experimento una mayor concentración a comparación del mineral en la otra columna de maya -1/4
