1
META L URG META URGIA IA EX EXTRACTIV TRACTIVA A APL A PLICA ICADA DA A MINERA MINERAL L ES DE ORO OR O Y PL PL A TA MODULO CONCENTRACION Y PURIFICACION DE SOLUCIONES DE ORO Y PLATA Dr. Patricio Navarro Donoso Consultor Intercade
2
INTRODUCCION El oro oro pued puede e ser ser recu recupe pera rado do desd desde e las las solu soluci cion ones es de cianuración a través de dos alternativas. Precipitación con polvo de cinc. Concentración y purificación con carbón activado para su posterior posterior obtención obtención mediante mediante procesos procesos electrolít electrolíticos icos o por precipitación con cinc.
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2 3
La elección del proceso posterior a la cianuración depende de los siguientes factores:
Concentración Concentrac ión de oro en la solución a tratar. Conce Concentr ntraci ación ón y tipo tipo de impure impurezas zas presen presentes tes en la solución. Ley del mineral a tratar. Tonelaje de las reservas de mineral. .
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4
REDUCCION DE TAMAÑO CIANURACION
REDUCCION DE TAMAÑO
FILTRADO Y LAVADO RELAVES
CLARIFICACION
ADSORCION CON CARB ON
DECANTACION PRECIPITACION Au-Zn FILTRADO
DESORCION EL E TR DEP
I I N
PULPA BARREN
DEL CARBON
CALCINACION / FUNDICION FUNDICION
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2 3
La elección del proceso posterior a la cianuración depende de los siguientes factores:
Concentración Concentrac ión de oro en la solución a tratar. Conce Concentr ntraci ación ón y tipo tipo de impure impurezas zas presen presentes tes en la solución. Ley del mineral a tratar. Tonelaje de las reservas de mineral. .
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REDUCCION DE TAMAÑO CIANURACION
REDUCCION DE TAMAÑO
FILTRADO Y LAVADO RELAVES
CLARIFICACION
ADSORCION CON CARB ON
DECANTACION PRECIPITACION Au-Zn FILTRADO
DESORCION EL E TR DEP
I I N
PULPA BARREN
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3 5
CARBON CARB ON ACTIVA ACTIVA DO Introducción
El uso del carbón activado en la metalurgia extractiva del oro ha aument aumentado ado fuerte fuertemen mente te en las última últimass década décadass como proceso de concentración y purificación de soluciones obtenidas en la etapa anterior de cianuración.
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6
El carbón activado es un material que se caracteriza por tener una elevada superficie específica, medida en (m 2/g) de carbón, lo que le confiere la propiedad de adsorber una gran cantidad de materiales (gases, iones disueltos). En la metalurgia del oro y plata, el carbón activado puede adsorber los complejos cianurados de oro y plata.
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4 7
Debido a su gran superficie específica, la adsorción de ione ioness no es muy muy sele select ctiv iva a y esta esta solo solo pued puede e logr lograr arse se manejando algunos parámetros operacionales, tales como pH, tiempo de residencia o de contacto carbón solución, concentración de cianuro y concentración de impurezas en la solución proveniente de cianuración.
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8
La forma o mecanismo bajo las cuales los complejos de orocianuro y plata-cianuro se adsorben en el carbón activado , condiciones experimentales de operación, como de la materia prima del carbón y de las condiciones de activación. La cantidad de oro y plata adsorbida en el carbón activado se expresa en (gramos de oro y/o plata por kg de carbón activado) o (kg de oro y/o plata por tonelada de carbón).
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5 9
La adsorción física produce una fuerza de unión menor que la adsorción química, lo que se traduce en una menor selectiva pero en una menor dificultad para el proceso de desorción pos er or. La adsorción química se realiza con una fuerza de unión mayor, lo que se traduce en una mayor selectividad, con una mayor dificultad en el proceso de desorción posterior. posterior. Indu Indust stri rial alme ment nte e ambo amboss meca mecani nism smos os ocur ocurre ren n en form forma a simultánea.
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Actualmente, en las plantas industriales, el proceso de carb carbón ón acti activa vado do pued puede e ser ser real realiz izad ado o a trav través és de los los carbón en column columna a . El carbón es procesos CIC, llamado carbón colocado en columnas y la solución pasa a través de él en forma continua con flujos ascendentes. Proceso roceso CIL . Este se realiza en reactores agitados en los cuales se desarrolla en forma simultánea la disolución de oro con cianuro y la adsorción del oro en el carbón.
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6 11
Pr oc es o CIP. Una vez terminada la cianuración por agitación (6 a 8 reactores), sin realizar etapas de separación , la pulpa con el carbón y se realiza la adsorción de oro en el carbón (6 a 8 reactores agitados).
Una vez adsorbido el oro y la plata en el carbón a través de un proceso CIC, CIL o CIP, se realiza la desorción del oro y de la plata a través de diferentes metodologías existentes.
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CARBON EN COLUMNA
Carbón en columna (CIC) MINERAL AGUA, CAL Y CIANURO
LIXIVIACION EN PILAS Solución de Lixiviación
Solución descargada
CARBON EM COLUMNA Carbón cargado
SOLUCION DE ELUCION
DESORCION DEL CARBON
Carbón activado
REGENERACION DEL CARBON Carbón descargado
ELECTROOETENCION DE ORO Oro electrolítico
REFINACION
METAL DORE AL MERCADO
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7 13
CARBON EN LIXIVIACION
Carbón en lixiviación (CIL) MINERAL AGUA, CAL CARBON EN LIXIVIACION POR AGITACION
PULPA A DESCARTE
Carbón activado REGENERACION DEL CARBON
Carbón cargado
DESORCION DEL CARBON
SOLUCION DE ELUCION
Carbón descargado
Solución descargada
ELECTROOETENCION DE ORO Oro electrolítico
METAL DORE AL MERCADO
REFINACION
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CARBON EN PULPA
Carbón en pulpa (CIP) MINERAL
REPOSICION DE CIANURO AGUA Y CAL
LIXIVIACION POR AGITACION Pulpa
Carbón activado
CARBON EN PULPA PULPA A DESCARTE
Carbón cargado
REGENERACION DEL CARBON
DESORCION DEL CARBON
SOLUCION DE
Solución concentrada
ar
n escarga o
ELECTROOETENCION DE ORO Oro electrolítico
REFINACION
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8 15
Area disponible al adsorbando y a la solución.
Area disponible a la solución y a iones Pequeños. Area disponible s ol o a la solución.
Esquema de una partícula de carbón activado. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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MATERIA PRIMA DEL CARBON ACTIVADO Y SU CONTENIDO DE CARBONO Materia prima
Contenido aproximado de carbono (%)
Madera dura
40
Cascarón de coco
40
Lignito
60
Carbón bituminoso
75
Antracita
90
16
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9 17
CARACTERISTICAS DEL CARBON ACTIVADO Tiene un alto grado de porosidad y una alta superficie interna (600 a 1500 m 2/g). El carbón activado es un adsorbente muy versátil, ya que el tamaño, como la distribución de los poros, y forma del carbón pueden ser controlados según las necesidades específicas.
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Área
específica (600-1500 m2/g)
structura porosa, a cua e proporc ona a a a de adsorber gases y sustancias disueltas en líquidos. Posee poros inferiores a 20 micrones (microporos), poros intermedios de 20 a 100 micrones
(macroporos).
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CARACTERISTICAS DEL CARBON ACTIVADO Los poros de un carbón se clasifican generalmente en términos de sus diámetros. La mayor parte de la adsorción tiene lugar en los microporos que corresponden al 90% de la sup. específica. Macro- meso oros facilitan el acceso de las especies a adsorber al interior de la partícula y en los microporos.
Superficie externa
Macroporos D > 50 nm
Mesoporos 2< d < 50 nm
Microporos d < 2 nm
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Las propiedades más importantes del carbón activado para la extracción de oro son las siguientes: Capacidad Velocidad
de carga
de adsorción
Resistencia
mecánica y al desgaste
Características de reactivación
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11 21
ASPECTOS CINETICOS DE LA ADSORCION DE ORO EN CARBON ACTIVADO
Tipo
de carbón. Tanto el material precursor como el método de obtención afectan la velocidad y la capacidad de carga.
Tamaño de partículas de carbón. Partículas más finas gruesas.
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La
adsorción ocurre cuando una molécula puede llegar a la superficie interna de la partícula del carbón por difusión en ro e os poros; como resu a o, a es ruc ura porosa puede tener una marcada influencia en la cinética de adsorción.
Adsorción
,
física. Reversible (enlaces débiles de Van der , .
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12 23
Adsorción química. Irreversible (fuerzas homopolares, enlaces iónicos y covalentes).
En la mayoría de los casos, la adsorción puede clasificarse como física por naturaleza, y en menor grado ocurriría la adsorción química.
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ANTECEDENTES CINETICOS DE LA ADSORCION La
adsorción del complejo de aurocianuro se realiza en la superficie de los poros después de una lenta difusión a través de los poros.
La
adsorción es muy dependiente de factores físicos y químicos, afectando la cinética de adsorción y la capacidad de carga del carbón.
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13 25
La
adsorción del complejo de aurocianuro se realiza en la superficie de los microporos después de una lenta difusión a través de los poros.
La
adsorción es muy dependiente de factores físicos y químicos, afectando la cinética de adsorción y la capacidad de carga del carbón.
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La
velocidad inicial de adsorción es alta, debido a que los complejos son adsorbidos en la superficie externa o en las pare es e os poros cercanos a a super c e.
Posteriormente,
el oro sigue adsorbiéndose en forma lenta, debido a que deben viajar al interior de los poros, disminuyendo el diámetros de ellos a medida que se viaja al .
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Area disponible al adsorbando y a la solución.
Area disponible a la solución y a iones Pequeños. Area disponible s ol o a la solución.
Esquema de una partícula de carbón activado. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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Factores físic os que afectan la adsorción de oro Eficiencia
de mezclado. La velocidad de agitación produce un aumento en la velocidad de adsorción, debido al aumento de la constante cinética, hasta un cierto valor límite en la cual ya no es significativa.
Densidad
de la pulpa. La velocidad de adsorción disminuye con el aumento de la densidad de la pulpa.
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15 29
ANTECEDENTES TERMODINAMICOS Como cualquier proceso que ocurre con reacción química, existen ciertos parámetros que favorecen y otros que es avorecen ermo n m camen e a ocurrenc a e proceso de adsorción. Entre los parámetros que más afectan este proceso, se encuentran los siguientes: pH, temperatura, concentración de cianuro libre, concentración de cationes, concentración , .
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30
ANTECEDENTES TERMODINAMICOS Y MECANISTICOS DEL PROCESO DE ADSORCION DE ORO EN CARBON ACTIVADO n ece en es ermo n m cos La capacidad de carga aumenta con la concentración de cationes. La capacidad de carga disminuye .
Ca+2> Mg +2> H+> Li +> Na+> K +
CN-> S-2> SCN-> SO3-2> OH-> Cl -> NO3-
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16 31
ANTECEDENTES TERMODINAMICOS Cationes como Ca+2, Mg+2 y Na+ son adsorbidos en -, -. La adsorción de Ca +2, Mg+2, Na+ y K+ aumenta con el incremento del pH y disminuye para Au(CN) 2-. La capacidad de carga del carbón aumenta con soluciones aireadas u oxigenadas.
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32
ANTECEDENTES TERMODINAMICOS Mecanismo de adsorción de Au(CN) 2- en carbón activado. Adsorción sin cambio químico; es decir, adsorción con formación de un par iónico Mn+[Au(CN) 2-]n o a través de intercambio de iones. Ca2++ Au(CN)2- = Ca(Au(CN) 2-)2
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17 33
Adsorción química. Irreversible (fuerzas homopolares, enlaces iónicos y covalentes).
En la mayoría de los casos, la adsorción puede clasificarse como física por naturaleza y en menor grado ocurriría la adsorción química.
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PRINCIPALES PARAMETROS OPERACIONALES DE LA ADSORCION
Concentración de cianuro libre Fuerza iónica Presión Concentración de iones OH Tiempo de contacto carbón-solución
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18 Table 7.1- Effect of temperature and sodium cyanide concentration on gold loaging( 18 ) Conditions: 25 ppm Au in solution (10.4-10.8) (pH) Free cyanide (ppm)
Temperature (°C)
Rate constan (k) (h¯1 )
35
Capacity (ppm)
25 24 23
130 260 1300
3400 3390 2620 2950
62000 57000 59000
44 43 42 43
0 130 260 1300
4190 4070 3150 3010
48000 47000 42000 33000
62 62 62 62
0 130 260 1300
4900 4900 3900 4060
35000 29000 29000 26000
81.5
260
5330
20000
Efecto de la temperatura y concentración de cianuro en la carga y velocidad de adsorció n de oro . Dr. Patricio Navarro Donoso -
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36
) 240 g g 200 m ( n 160 o b r a 120 c n o 80 d l o G 40 1 -
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0 10.0 11.0 12.0
Adsorption medium (pH) Effect of the pH value of the adsorption medium on the gold capacity of the carbon (experimental conditions: Volumen of solution 300 ml, mass of carbon 0.25 g, nitrogen -1 atmosphere, initial concentration of gold 190 mg. 1 )[20]
Efecto d el pH en la carga de oro. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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19 37
Effect of pH and ionic strength on rate of loading and equilibrium capacity [18] Conditions: Ionic strength 0.2 M pH 6.5 pH
k (h¯1 )
Capacity (ppm)
11.3 9.1 7.1 4.2 . 1.5
3010 3000 3660 3900
75000 86000 92000 122000
4880
216000
k Ionic strength (M) (h¯1 ) 0.005 0.010 0.020 0.050 . 1.000
Capacity (ppm)
3150 3690 3480 3902
56000 60000 63000 73000
4150
113000
Efecto d el pH y fuerza iónica en la velocid ad y capacidad de carga.
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38 Conditions: lonic strength 0.1 M
[Au]
30 ppm
pH
Free cyanide
260 ppm
s
10.4
)
k
n l ( n o b r a c o t n o g n i d a o l d l o g f o e t a R
8.6 . 8.2 8.0 7.8 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 -1
3
1/T , A x 10
(a) Equilibrium adsorption isotherms for gold cyanide on carbon at different temperature (experimental conditions: Volume of solution 50 ml, mass of carbon 0.25 g, adsorption medium contained 2.8 g of CaCl and 0.5 g of KCN per litre) [28]. 2 (b) Effect of temperature on the rate of gold extraction [18].
Efecto de la temperatura en la velocid ad de extracción de oro. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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20 39
FACTORES QUIMICOS QUE AFECTAN LA ADSORCION DE ORO TEMPERATURA CONC. DE ORO CONC. DE CIAN. PH CONC. DE IMPUREZAS
Velocidad de adsorción
Capacidad de carga
AUMENTA AUMENTA DISMINUYE AUMENTA DISMINUYE
DISMINUYE AUMENTA DISMINUYE AUMENTA DISMINUYE
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40
ADSORCION DE OTROS METALES Plata
El mecanismo de adsorción de plata es similar al del complejo del oro. Sin embargo, la capacidad de carga de plata es menor que la de oro. Los mecanismos de adsorción de la plata en el carbón activado son los mismos que ocurren para la adsorción de .
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21 41
Cobre La adsorción de cobre está directamente relacionada con el . 2 se adsorbe a bajos pH y a bajos contenidos de cianuro. A elevados pH y altas concentraciones de cianuro, el complejo predominante es Cu(CN )34 , siendo muy baja su adsorción. El orden de adsorción es el siguiente: 3 Cu(CN ) 4
Cu(CN )32 Cu(CN )2
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42
Carbon adsorption Conditions: Au in feed 9ppm, Cu in feed 25 ppm 10
Au Cu pH 6 pH 10
) m 8 / m ( , n 6 o b r a c 4 n o l a 2 t e M
0 2
4
6
8
10
Cyanide:copper Effect of the ratio of cyanide to copper on the relative equilibrium loading capacities of copper cyanide de and gold cyanide [18].
Efecto de l a razón CN/Cu en la carga de oro y cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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22 43
PROCESO DE ELUSION O DESORCION Luego que el carbón activado ha sido cargado con oro y otros metales debe ser sometido a un roceso de elusión o desorción. Este proceso se debe hacer con un volumen pequeño de solución para obtener una solución concentrada en oro y así su recuperación por electroobtención o precipitación con cinc.
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44
Factores que favorecen los procesos de elusión
Temperatura y presión Concentración de cianuro Fuerza iónica PH
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23 45
Carbon adsorption ) h 0.050 , k ( n o b r a c m o r f d l o 0.025 g f o n o i t u l e f o e t a 0 R
CN -
1 -
OH-
.
.
.
.
.
.
Concentration (mol/l) Variation of the rate of elution with cluant strength at a constant ionic strength of 1.2 at 95°C [34].
Efecto de la concentración d e OH- y CN - en la velocidad de desorción. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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46
Solution purification and concentration 0.075 ) h , k ( n o b r a c m o r f d l o g f o n o i t u l e f o e t a R 1 -
0.2 M CN 0.2 M OH
0.050
0.2 M CN 0.025
0.2 M OH
-
0 0.2
0.4
0.6 0.8 1.0 1.2
lonic strength (mol/l) Effect of the ionic strength of the eluant on the rate of elution at 95°C[34].
Efecto de la fuerza iónica en la velocidad d e elusión. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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24 47
Solution purification and concentration 100
0
90
30
80
) % ( 70 o i t p r o s e d d l o G
60 50
60
150°C
120 110°C
40
93°C
150
30 Concentrations: 1.0 % NaOH 0.1 % NaCH
20 10 0
5
10
15
180 210
) n o t / z o ( n o b r a c n o g n i n i a m e r d l o G
20
Number of bed volumes strip solution The effect of temperature on gold desorption employing Zadra solution [32].
Efecto d e la temperatura en la desorció n de or o. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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48
Existen diversos procesos de elusión de oro desde el carbón activado: zadra, zadra a presión, proceso AARL, AARL a presión y otros La aplicación de uno u otro depende de diversos factores tales como costos de inversión, costos operacionales, concentración de oro que se desee obtener en la solución rica y características del proceso posterior de obtención del oro y .
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25 49
CONDICIONESDE DEOPERACION OPERACIÓNEN EN LLOS CONDICIONES OS PROCEDIMIENTOS PROCEDIMIENTOSDE DE DESORCION DE ORO DESDE CARBONES DESORCION DE ORO DESDE CARBONESACTIVADOS ACTIVIDOS METODO
REMOJO PREVIO
SOL UCION
TEMP. ( C) PRESION (kPa ) -
Z/PRESION
No
0.1 - 0.2 % NaCN
135
TIEMPO (Hr)
500
8 - 12
1 % NaOH
Z/ALCOHOL
No
0.1 - 0.2 % NaCN
RECIRC. DESDE EW
COMPLETA CON RECICLAJE CONTINUO
80
100
6 - 10
DEL ELUIDO
10-20% Alc.Etílico/H20
AARL
5 % NaCN
Agua Desionizada
95 - 100
100
8 - 12
NO PERMITE
AA/PRESION
2 % NaOH
Agua Desionizada
110
200
6-8
RECIRCULACION
80 % Acetonitrilo
40 % CH3CN en H2O
25
100
10 - 13
COMPLETA CON
(CH3CN)
1 % NaCN
70
100
10
RECICLAJE CONTINUO
en 20 % H20
0.2 % NaOH
70
100
4-5
DEL ELUIDO
SOLVENTE
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50
ANALISIS Y ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DE DOS TIPOS DE CARBONES ACTIVADOS Dr. Patricio Navarro Donoso -
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26 51
TIPOS DE CARBONES ACTIVADOS Carbón A
Carbón B
Forma
Granular
Granular
Materia prima
Cáscaras de coco
Cáscaras de coco
Apl icac ión
Adsorción de oro (*)
Purificación y decoloración de líquidos acuosos. Tratamiento de aguas.
Fabricación
Industrial
N om bre com ercial tipo C PG-LF (**)
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52
Carbón ti po granular
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28 55
Fotografía
microscópica a 2000 aumentos del carbón B.
Fotografía microscópica a
500 aumentos carbón B.
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56
CINETICA DE ADSORCION DE ORO 100 63,21% Macroporos 80 n ó i c r o s d 40 A %
40,04% Macroporos
20 0 0
1
2
3
4
Carbón B
Macroporo: 63,21% Mesoporo: 9,64% Microporo: 27,16%
5
6
7
Carbón A
Macroporo: 41,04% Mesoporo: 1,5% Microporo: 57,46%
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29 57
18 Carbón B
) n ó b r a C g 14 / u A g ( o r O 10 e d a g r a C
Carbón A
Ca+2 Na+ Li+ K+
6 1,7
2,2
Diametro Promedio d e Poro (nm)
Carga en funci ón de diámetro promedio d e poros.
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58
0,03
Carbón B (786,27 m2/g)
e i 0,025 c i ] f r 2 e ^ p m u / S u 0,02 r A o g p m0,015 o r [ o n e ó d b r a a 0,01 g c r a C
Carbón A (985,69 m2/g)
0,005 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo (horas)
Efecto del área específica en la cinética de carga de oro.
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30 59
70 60 ) n ó b r a c g k / u A g ( u A a g r a c
50 40 Carbón A
30
Carbón B
20 10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
Nº Cargas
Carga máxima de oro en carbón. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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60
0,08 e i c i f r e ) 0,06 u 2 s m r / o u p A g 0,04 o r m o ( e d a 0,02 g r a c
Carbón A Carbón B
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Nº Cargas
Determinación de cargas máximas.
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31 61
100 90 80 70
n ó i 60 c r s d A 40 %
Na 0,01 M Na 0,1 M Na 0,5 M
30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo (horas) Curva de adsorción en función del tiempo utilizando concentraciones del ion sodi o 0,01 M, 0,1 M y 0,5 M; pH ini cial = 11, Au inici al = 6 ppm, T =20[ C]. °
°
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62
El desarrollo de la tecnología del carbón activado ha permitido el desarrollo de las siguientes tecnologías:
Carbón en lixiviación
Carbón en pulpa
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32 63
CARBON EN PULPA El proceso CIP es aplicado para la extracción de oro desde ul as de lixiviación. El proceso se realiza en estanques agitados y el carbón fluye en contracorriente con la pulpa.
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64
CARBON EN PULPA
Pulpa a Cianurar Carbón Fresco Carbón Cargado
Pulpa a Descarte
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33 65
Ventajas de este pr oceso
Elimina etapas de separación sólido-líquido.
Disminuye
el fracturamiento de las partículas de carbón, eliminando el cortocircuito durante el traspaso de una etapa a otra.
El
aumento y la complejidad en el diseño del sistema de piping.
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66
Las concentraciones de carbón normalmente usadas son de 5 a 30 g/l, dependiendo fundamentalmente de las características del carbón. Los consumos de carbón son del orden de 20 a 40 g/t de mineral, dependiendo de las condiciones de operación y del tipo y calidad del carbón.
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34 67
BALANCES DE MASA EN UN PROCESO DE CARBON EN PULPA En un proceso CIP, inicialmente se realiza el proceso de cianuración, con lo cual podemos hacer el siguiente análisis:
Oro fino presente = masa de mineral x ley de oro = disuelto
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68
Recuper. de oro = (oro disuelto/oro fino en alimentación) x 100 , el carbón. Oro adsorbido = volumen de solución x (concentración de oro inicial concentración de oro a un tiempo t) = carbón)
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35 69
CARBON EN LIXIVIACION , adsorción ocurren simultáneamente en los mismos estanques agitados. Este proceso, se aplica fundamentalmente cuando el mineral presenta materia carbonácea u materia orgánica.
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70
CARBON EN LIXIVIACION
Pulpa a Cianurar
Carbón Cargado
Carbón Fresco Pulpa a Descarte
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36 71
Ventajas del proceso
Menores costos de capital.
Mejora
la extracción de oro desde aquellos minerales que contienen elementos que lo readsorben, luego de ser disueltos (presencia de materia carbonácea).
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72
OPTIMIZACION DE PROCESOS CIP Y CIL Desventajas del proc eso CIL comparado con el proceso CIP
Se requiere mayor inventario de carbón.
Mayor producción de partículas finas de carbón.
Costos operacionales mayores.
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37 73
Una vez terminada la etapa de desorción, el carbón activado debe ser sometido a una etapa de acondicionamiento o reactivación. acon c onam en o y o reac vac n pue e es ar compues o por lo siguiente: Lavado con solución ácida (ácido clorhídrico de 5 a 10%). Esto
se efectúa, pues existe la posibilidad de atrapamiento de partículas al interior de los poros del carbón. la lechada de cal.
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74
La presencia de estas partículas en los poros del carbón no permite que la solución que contiene el oro y la plata puedan penetrar, lo que se traduce en un obstáculo para el proceso. Reactivación térmica en un horno rotatorio. Esto se realiza pues el carbón va disminuyendo sus capacidades de adsorción.
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38 75
Masa de oro disuelto = volumen de solución x concentración de oro disuelto Carga de oro en carbón activado = (masa de oro adsorbido/masa Recuperación de oro = (oro en ripios/oro en alimentación) x 100 Recuperación de oro = (masa de oro en carbón activado/masa de oro en alimentación) x 100 El mismo análisis puede ser realizado para la plata u otro elemento presente en el mineral o concentrado.
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76
BALANCES DE MASA EN UN PROCESO DE CARBON EN LIXIVIACION , cianuración con el proceso de adsorción de oro en carbón activado. Oro fino presente = (masa de mineral x ley de oro) x 100
de oro en carbón activado)
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39 77
FABRICACION DEL CARBON ACTIVADO Material orgánico rico en C: , , entre otros.
,
Calentamiento a 500 º C Ausen ci a de air e y pr esenc ia de agentes deshidratantes área superfic ial 10-500 [m 2/g]
Act ivac ión físi ca o q uími ca
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78
FABRICACION DEL CARBON ACTIVADO . "multiplicar" la cantidad de poros de un carbón, dando como resultado una estructura extremadamente porosa de gran área superficial disponible para llevar a cabo el proceso de adsorción.
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40 79
FABRICACION DEL CARBON ACTIVADO Acti vación
física
. • Carbonización del precursor. • Gasificación controlada de la materia prima. En esta etapa se expone el material carbonizado a una atmósfera de vapor de agua y CO 2 a una temperatura , aumento en la superficie específica.
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80
FABRICACION DEL CARBON ACTIVADO Activación
química
Este proceso consta de una sola etapa. El material es impregnado con ácido fosfórico (cloruro de cinc o ácido sulfúrico) y se calienta entre los 500 y 900 ºC, en ausencia de O 2. El carbón resultante se lava para eliminar los restos del agente químico usado en la impregnación.
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41 81
BARRA DE ORO FUNDIDO
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82
CEMENTACION CON CINC El proceso de cementación ha sido empleado desde 1890. Posteriormente, se han introducido modificaciones ue llevaron al proceso a obtener altas eficiencias y menores costos. Modificaciones o mejoras realizadas en sus comienzos Agregado de sales de plomo (acetato, nitrato). Reem lazo de láminas or olvo de cinc. Desaireación de las soluciones de oro.
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42 83
CEMENTACION DE ORO Y PLATA CON CINC 3.0
Eh(Volts)
AuO2 Au3+ 2.0 .
Au OH
3
2-
HAuO3
Oxidación de Sulfuros Bio-Oxidación, Oxidación a Presión
Oxidación con ácido nítrico
1.0 AuCl4
720
Au 600
2.5 1.5 Lixiviación con Tiurea
O / H 2 O 2
Au(CN)2
0
Cianuración
Lixiviación con Tiosulfato
-1.0
0
2
4
6
pH
Precipitación con Zinc
8
10
12
14
Condiciones termodinámicas de cianuración y precipitación de oro y plata con cinc. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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84
TERMODINAMICA Y CINETICA DEL PROCESO
Medidor de oxígeno disuelto en solu ciones acuosas. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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43 85
REACCIONES DE CEMENTACION Las reacciones que ocurren en el proceso de cementación de oro y plata son de tipo electroquímico; es decir, involucran la captación y la cesión de electrones. Los elementos nobles, oro y plata, se reducen captando electrones que son entregados por el cinc metálico. , para lo cual es necesario tener cianuro libre. De esta manera el cinc disuelto puede ser estabilizado en la solución acuosa formando un complejo Zn-cianuro. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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86
REACCIONES DE CEMENTACION DE ORO Las reacciones principales que ocurren en el proceso son las siguientes: Reacción anódica:
Zn
4CN
ZnCN 42
2e
Reacción catódica: 2 AuCN 2 2e 2 Au 4CN
eacc n g o a :
u
2
n
u
n
2 4
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44 87
De acuerdo a la estequiometría presentada para la cementación de oro con cinc en medio cianuro, se puede observar que para la precipitación de dos moles de oro se consume un mol de cinc. Es decir, para precipitar 394 , . Luego se puede obtener la relación 0,165 (gramos de Zn/gramos de Au), lo que indica que se consumen 0,165 gramos de Zn por cada gramo de oro precipitado. Industrialmente, el consumo es mucho mayor que este valor, esto indica que la cantidad de Zn consumido es dependiente de las reacciones parásitas que ocurren.
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88
BALANCE DE MASA CN
Au(CN)
CN
Au(CN) CN CN
Deposited gold
e
e
Zinc particle
CN CN CN
CN Zn(CN)
Shematic representation of mechanism of gold precipitation on zinc [4].
Mecanismo del proceso de cementación. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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45 89
REACCIONES DE CEMENTACION DE PLATA Las reacciones principales que ocurren en el proceso son Reacción anódica: Zn + 4CN - = Zn(CN)42- + 2e Reacción catódica: 2Ag(CN) 2- + 2e = 2Ag + 4CN Reacción global: 2Ag(CN) 2- + Zn = 2Ag + Zn(CN) 42-
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90
SERIE ELECTROQUIMICA DE METALES Au+1 + e = Au Ag+1 + e = Ag Cu2+ + 2e = Cu H2 + 2e = 2H + Ni2+ + 2e = Ni Cd2+ + 2e = Cd Fe2+ + 2e = Fe +
Cr 2+ + 2e = Cr Na+ + e = Na K+ + e = K Li+ + e = Li
Eº = 1 68 V 0,799 0,337 0,0 -0,25 -0,403 -0,44 - , -0,86 -2,714 -2,295 -3,045
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46 91
En el proceso de cementación, la calidad química y física de las partículas de cinc es muy importante. c ua men e, se usa c nc en po vo e a a pureza qu m ca. El tamaño de las partículas de cinc se relaciona con la superficie específica del medio cementante. Con partículas de menor tamaño aumenta la superficie de contacto sólido-solución, con lo cual se aumentan los lugares donde pueda ocurrir la reacción, aumentando la velocidad del proceso.
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92
MICROGRAFIA POLVO DE CINC: 2000 AUMENTOS
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47 93
MICROGRAFIA POLVO DE CINC: 5000 AUMENTOS
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MICROGRAFIA POLVO DE CINC: 10000 AUMENTOS
94
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48 95
MICROGRAFIA DE CEMENTO DE ORO Y PLATA: 500 AUMENTOS
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MICROGRAFIA DE CEMENTO DE ORO Y PLATA: 2000 AUMENTOS
96
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49 97
REACCIONES LATERALES O PARASITARIAS Pueden ocurrir otras reacciones paralelas que aumentan el consumo de cinc y pueden contaminar con impurezas el precipitado formado.
Zn
4CN
2 H 2O
2
ZnCN 42
2OH
H 2
2
3
4
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98
Se han propuesto otros mecanismos para reacciones laterales del cinc.
Zn
1 2
O2
4CN
H 2 O ZnCN 4 2OH
1
2
2
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50
CINETICA DEL PROCESO DE CEMENTACION
99
Capa limite de Nernst de espesor: δ δ
[M12+ ] i Concentracion de M1 en la interfase
M2
[M12+ ] iones del metal M1 (mas noble)
SOLIDO (menos noble)
2+ 1
M2 que se disuelve
Mecanismo del p roceso de cementación.
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100
El proceso de cementación puede estar controlado ya sea por un mecanismo difusional o bien por la reacción electroquímica. 2
M 1
M 2º
º
M 1
2
M 2
Por lo tanto, la velocidad del proceso estará dada por la siguiente expresión general: Velocidad =
M = 2
1
i
2 1
i
concentración inicial del ion metálico en la interface
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51 101
En estado estacionario, en la interface, la velocidad de difusión es igual a la velocidad de la reacción química.
D
2
A M 1
M k AM 2
2
i
1
1
i
D: coeficiente de difusión : espesor capa límite
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102
Dividiendo por A y agrupando los términos de M 2
1
2
M 1
Despejando
2
M 1
i
k
i
M , se obtiene lo siguiente: 2
1
i
M 2 1
i
D k D
M 2 1
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52 103
Luego la velocidad se puede expresar de la siguiente manera:
D k Velocidad = k
2
A M 1
Así, cuando k <<
y tendrá control químico.
En tanto, cuando k >>> D/
, la velocidad será velocidad =
D 1
y el proceso será controlado por difusión.
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104
La velocidad de cementación es de primer orden respecto a la concentración de oro en solución y directamente dependiente de la superficie de cinc.
Cº: concentración inicial de oro C: concentración de oro al tiempo t A: área superficial de reacción V: volumen de solución k: constante cinética
dt
dC
C
ln
º
C
kA
dt
t
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53 105
Si se grafican los valores de ln(c/c º) en función del tiempo, entonces se obtiene una recta con pendiente igual a (-kA/V). Como los valores de V (volumen de solución y A área de contacto) son conocidos, se puede determinar la constante de velocidad de reacción. Si esto ocurre, se comprueba que la reacción es de primer orden respecto a la concentración de oro disuelto.
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106
Del gráfico anterior, se obtiene que la pendiente m es igual a -(kA/V). Si se trabaja con diferentes temperaturas, se puede obtener un valor de k para cada temperatura en estudio. Si aplicamos la expresión de Arrhenius, podemos obtener el valor de la energía de activación del proceso.
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54 107
10°
) ] o [ C / ] t [ C ( n o i t a r t n e c n o c d l o g s s e l n o i s n e m i D
Zn dust Mesh 100x70
10 -1
150x100
-5
Au 5x10 M -2 NaCN10 M pH 10.5 10 -2
200x150
400x270 270x200
First-order plots showing the rate removal of gold from cyanide solution by suspended zinc particles of various size [11].(C[O] = concentration when t = O, C[T] = concentration after time, t.)
Apli cación de l a expresió n cinética de pr imer orden para la cementación d e oro con cin c. Dr. Patricio Navarro Donoso -
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108
Si se trabaja con diferentes temperaturas es posible determinar la constante cinética para cada temperatura. Luego aplicando la expresión de Arrhenius es posible encon rar e va or e a energ a e ac vac n. La expresión de Arrhenius es la siguiente: k = A e-E/RT
E: energía de activación R: constante universal de los gases T: temperatura
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