Influencia de la concentración de hipoclorito sulfato de amonio y pH en la lixiviación amoniacal de cobre a partir de crisocola de baja ley

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA. g. Q. uí. m ica. ESCUELA DE INGENIERIA QUÍMICA. Influencia de la concentración del hipoclorito - sulfato de amonio y pH en la lixiviación amoniacal de cobre a. de. In. partir de crisocola de baja ley. TESIS. io te. ca. PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO QUÍMICO. Autores:. Bi. bl. Br. Andy Williams Alayo Osorio Br. Edison Edgar Alvino Sandoval. Asesor:. Ms. Henry Esquerre Pereyra TRUJILLO – PERU 2018. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Dr. Noé Costilla Sánchez. In. g. Q. uí. Presidente. m ica. JURADO CALIFICADOR. de. Dr. Wilson Reyes Lázaro. Bi. bl. io te. ca. Secretario. Ms. Henry Esquerre Pereyra Asesor. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA Con todo el amor y eterna gratitud de Dios Dedico este trabajo a tan nobles persona que Dios me ha podido conceder:. MIS PADRES: PEDRO ALAYO: Por su paciencia, compresión Y sus sabios consejos y sugerencias en los. m ica. Momentos más difíciles de la vida.. HELIA OSORIO: Por su sacrificio abnegado Y sus incontables noches de desvelos y. uí. Preocupación porque nada me faltara.. KELLY Que, con su compresión, carisma,. g. Q. Con mucho amor, cariño y afecto a mi señora. Simpatía y su sonrisa de niña grande me acompaña en esta vida.. In. Y en especial a mis hijos Mathew. Que desde el cielo me iluminas y nos cuida. de. A mi hijo Evans que el motivo principal en mi vida, El que con sus sonrisas de angelito me motiva a. camino. io te. En este. ca. a seguir siempre adelante y no rendirme en la vida.. Con mucho cariño y afecto a mis queridos hermanos: Melany, Andonny, José , sobrinos y tios por tan valioso apoyo. bl. Y ser inyectores de entusiasmo y optimismo para. Bi. El cumplimiento de mi objetivo final. MI ETERNA GRATITUD A MIS ABUELOS: NERIDA, ALBERTO Y JORGE Por sus grandes atenciones, apoyo, paciencia y por compartir mis sueños y alegrías. ¡Significan mucho para mí!. Andy Williams i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA A Dios por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.. m ica. Gracias Padre. A mi padre Antonio Félix por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y. A mi madre, Mina del Carmen por regalarme la existencia, por haberme apoyado en todo. g. Q. momento, por sus consejos, sus valores, por la. uí. que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y por su amor.. motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, por su inmenso amor, dedicación. In. y por seguir alumbrando mi vida. Muchas gracias.. de. A mis hermanos Antonio, Luis, Robert, Harold y Lizbeth por estar siempre conmigo y brindarme. ca. su apoyo en todo momento, los quiero mucho.. A mis sobrinas Antonella y Lucero, para que se recuerden en mí cuando esten grandes, que en. io te. esta vida nada es imposible para alcazar nuestros sueños. A mi enamorada Elsa quien me apoyo y alentó para continuar con este proyecto, dándome. bl. ánimo a no rendirme.. A mi Familia en general por compartir gratos. Bi. momentos inolvidables y por enseñarme que en esta vida las cosas se logran con esfuerzo, sacrificio y dedicación.. Edison Edgar ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. m ica. AGRADECIMIENTO. En primer lugar, agradecemos infinitamente a Dios por ser la razón de nuestra existencia y si. uí. voluntad que lleguemos a culminar exitosamente nuestra carreras profesionales.. g. Q. Nuestros más sinceros agradecimientos a la plana docente de la Facultad de Ingeniería Química que con su gran capacidad y empeño tiene la sagrada tarea de formar nuevos ingenieros para el. Bi. bl. io te. ca. de. elaboración de esta presente tesis.. In. país. En especial al ingeniero Henry Esquerre Pereyra por su asesoramiento desinteresado en la. Los Autores. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PRESENTACIÓN SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO CALIFICADOR. m ica. Cumpliendo con las normas establecidas en el Reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo, presentamos a vuestra consideración el presente trabajo de tesis denominado: "Influencia de la concentración del hipoclorito-sulfato. uí. de amonio y pH en la lixiviación amoniacal de cobre a partir de crisocola de baja ley",. g. Q. elaborado con la finalidad de obtener el Título Profesional de Ingeniero Químico. Esperemos que el presente cumpla con todas las exigencias propias de un trabajo de tesis, ya que. bl. io te. ca. de. In. ha sido elaborado de suma dedicación.. Bi. Los Autores. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN Se ha investigado la influencia de la concentración de las soluciones acuosas hipoclorito de sodio - sulfato de amonio y pH para un mineral oxidado de cobre tipo crisocola de baja ley. Para dicho. m ica. propósito los parámetros como la relación sólido/líquido, velocidad de agitación, tamaño de partícula, tiempo, temperatura y presión permanecieron fijos en la lixiviación: no obstante, se obtuvo, que a pH 9.5, concentración 0.51 M NaOCl y 1.37M (NH4)2SO4, Wm= 50g, relación. uí. solido/liquido 1/10, velocidad de agitación 800 rpm, tamaño de partícula -#100(150) micras,. g. Q. tiempo de lixiviación 5 horas, temperatura y presión ambiental. Se obtuvo una recuperación del 92.15%. Por acción de los aniones hipoclorito que interactúa con la crisocola finamente molido. In. formando CuO y CuCl(OH),lo cuales, se disuelven en forma de iones complejos [Cu(NH3)42+], por la acción [([NH3]+[NH4+] y pH], generados por el sulfato de amonio al reaccionar con una. de. base fuerte, mientras que la ganga no reaccionan con el amoniaco.. ca. Palabras claves: Concentración, pH, Lixiviación amoniacal, sulfato de amonio, Hipoclorito,. Bi. bl. io te. Crisocola. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT The influence of the concentration of the aqueous solutions sodium hypochlorite - ammonium sulfate and pH for a oxidized copper ore of the low-grade chrysocolla type was investigated. For. m ica. this purpose, the parameters such as the solid / liquid ratio, acceleration speed, particle size, time, temperature and pressure remain in the leaching: however, it was obtained, that at pH 9.5, concentration 0.51 M NaOCl and 1.37M (NH4) 2SO4, Wm = 50g, solid / liquid ratio 1/10, stirring. uí. speed 800 rpm, particle size - # 100 (150) microns, leaching time 5 hours, temperature and ambient. g. Q. pressure. A recovery of 92.15% was obtained. By action of the hypochlorite anions that interacts with the finely ground crisocola forming CuO and CuCl (OH), which, dissolve in the form of. In. complexes [Cu (NH3) 42+], by the action [([NH3] + [NH4] +] and pH], generated by ammonium. de. sulfate by reacting with a strong base, while the gangue does not react with ammonia.. Key words: Concentration, pH, ammoniacal leaching, ammonium sulfate, hypochlorite,. Bi. bl. io te. ca. chrysocolla. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE Dedicatoria ..................................................................................................................i Agradecimiento ........................................................................................................ iii Presentación ............................................................................................................. iv. m ica. Resumen .....................................................................................................................v Abstract .................................................................................................................... vi. uí. I. INTRODUCCIÓN ................................................................................................1 1.1.Realidad Problemática .............................................................................................................. 1. g. Q. 1.2.Antecedentes ............................................................................................................................. 6 1.3.Marco Teórico ........................................................................................................................... 9 1.3.1. Mecanismo de reacción..................................................................................................... 14. In. 1.3.1.1.Primera etapa .................................................................................................................... 14 1.3.1.2.Segunda etapa ................................................................................................................... 15. de. 1.3.1.3.Tercera etapa ..................................................................................................................... 16 1.4.Justificación del problema ...................................................................................................... 17 1.5. Problema ................................................................................................................................ 17. ca. 1.6. Hipótesis ................................................................................................................................ 18. io te. 1.7. Objetivos ................................................................................................................................ 18. II.-MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................19 2.1. Equipos .................................................................................................................................. 19. bl. 2.2. Materiales ............................................................................................................................... 19. Bi. 2.2.1 Materiales de vidrio ............................................................................................................. 20 2.2.2 Otros materiales ................................................................................................................... 20 2.3. Reactivos ................................................................................................................................ 20 2.3.1. Reactivos de lixiviación ...................................................................................................... 20 2.3.2. Reactivos de análisis de cobre Total ................................................................................... 20 2.3.3. Reactivos para análisis de óxido de silicio total e insoluble ............................................... 21. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.4. Reactivo para análisis de hierro total .................................................................................. 21 2.3.5. Reactivo para análisis de hierro divalente .......................................................................... 22 2.4. Método ................................................................................................................................... 23 2.4.1. Material de estudio .............................................................................................................. 23. m ica. 2.4.2. Procedimiento de lixiviación .............................................................................................. 26. III.RESULTADOS28. 3.1. Resultados de pruebas experimentales................................................................................... 28. uí. 3.2. Valores promedio de la extracción de cobre en función a la concentración y Ph ................. 29. g. Q. 3.3. Diseño bifactorial .................................................................................................................. 30. IV.DISCUSION DE RESULTADOS ...................................................................33. In. 4.1.Influencia de la Concentración del hipoclorito – sulfato de amonio ...................................... 33. de. 4.2.Influencia del Ph ..................................................................................................................... 34. ca. V. CONCLUSIONES .............................................................................................36. io te. VI. RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 37. Bi. bl. VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.........................................................38. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. APENDICES Apéndice A: Protocolo de preparación de muestra....................................................................... 42 Apéndice B: Reportes de análisis químico de cabeza y relave de la crisocola ............................. 43 Apéndice C: Balance de lixiviación .............................................................................................. 45. uí. ANEXOS. m ica. Apéndice D: Desarrollo bifactorial ............................................................................................... 54. g. Q. Anexo A: Calculo teórico de las concentraciones ........................................................................ 59 Anexo B: Marchas de análisis químicos ....................................................................................... 63 Anexo B-1: Determinación de cobre utilizando Na2S2O3.5H2O .................................................. 63 Anexo B-2: Determinación de hierro total utilizando K2Cr2O7 ............................................................................. 67. In. Anexo B-3: Determinación de hierro divalente utilizando K2Cr2O7 .................................................................. 71 Anexo B-4: Determinación Gravimétrica de sílice total e insoluble ............................................ 74. de. Anexo C: Propiedades físicas ....................................................................................................... 76 Anexo C-1: Determinación del Ph ................................................................................................ 76. ca. Anexo C-2: Determinación de humedad....................................................................................... 77 Anexo D: Datos experimentales ................................................................................................... 80. io te. Anexo E: Reporte de análisis de las soluciones ricas ................................................................... 89. Bi. bl. Anexo F: Fotografías .................................................................................................................... 90. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. LISTA DE TABLAS Tabla 1. El análisis químico del mineral ...................................................................................... 23 Tabla 2. Propiedades físicas del mineral crisocola ...................................................................... 24. m ica. Tabla 3. Las variables independientes, concentración del agente lixiviante y Ph ....................... 25 Tabla 4. Variables de operación fijas .......................................................................................... 26 Tabla 5. Resultados del porcentaje de extracción de cobre ........................................................ 28. uí. Tabla 6. Resultados promediados................................................................................................. 29. g. Q. Tabla 7. Diseño bifactorial ........................................................................................................... 30 Tabla 8. Niveles de variables pH, concentración ......................................................................... 30. In. Tabla 9. Matriz de información para el análisis de varianza ....................................................... 31 Tabla A 1. Resultados de análisis químicos de cabeza ................................................................ 43. de. Tabla A 2. Resultados de análisis químicos de relave ................................................................ 44 Tabla A 3. Balances de lixiviación .............................................................................................. 45. ca. Tabla A.4. Desarrollo del diseño bifactorial ................................................................................ 54. io te. Tabla A.5. Registro de datos de las pruebas experimentales ....................................................... 80. Bi. bl. Tabla A.6. Reporte de análisis de las soluciones rica .................................................................. 89. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE FIGURAS. Figura 1. Diagrama E-pH para el sistema Cu-NH3-H2O a 25ºC.......................................... 11. m ica. Figura 2. Diagrama E - pH del sistema Cl –H2O a 25 ºC .................................................... 12 Figura 3. Diagrama Eh – pH del sistema Cu – Cl – H2O a 25 ºC ........................................ 13 Figura 4. Influencia del pH vs porcentaje de extracción de cobre ....................................... 32. Bi. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. Figura 5. Influencia de la concentración vs porcentaje de extracción de cobre .................. 32. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I. INTRODUCCIÓN 1.1.. Realidad problemática. El cobre forma parte en el mundo que nos rodea y lo encuentras en la corteza terrestre. En un. m ica. futuro, el uso del cobre seguirá siendo útil por la aparición de nuevas tecnologías que requerirán de sus propiedades que lo hacen confiable y eficiente. Los principales países productores de. uí. cobre son Chile, Perú y Estados Unidos (Habashi.1983; Ballester et al.2000).. g. Q. La actividad del hombre comienza precisamente cuando se detectan determinadas concentraciones de metales valiosos sobre la corteza terrestre, las cuales son denominadas, como se sabe, bajo el nombre general de minerales (Ballester et al.2000). No es frecuente que el cobre. In. se encuentre en estado puro, por el contrario, los minerales de cobre son los más comunes en la. de. naturaleza, los hay de dos tipos, los minerales oxidados y sulfurados, por ejemplo: Cuprita (Cu2O), Malaquita (Cu2CO3(OH)2), Tenorita (CuO), Azurita (Cu3(CO3)2(OH)2), Crisocola. ca. (CuSiO3.2H2O), Chalcantita (Cu(SO4)·5H2O), Brochantita (Cu4SO4(OH)6),Calcocita (Cu2S),. io te. Covelita (CuS), Calcopirita (CuFeS2), Enargita (Cu3AsS4), Bornita (Cu5FeS4), respectivamente (Ballester et al.2000; Ekmekyapar et al.2003; Urbina & Roldan.2015).. bl. La crisocola es un silicato hidratado cuyo contenido de cobre según su fórmula química es de. Bi. 36.18% y se encuentra en las zonas de oxidación superior de los depósitos de cobre (Urbina & Roldan.2015). En el departamento de la Libertad, provincia de Otuzco, distrito de Salpo, existen yacimientos de crisocola de baja ley con alto contenido de hierro y cuarzo; Utilizando métodos. 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. convencionales estarían considerados como desmonte (Habashi.1983; KunKul et al.1994; Fang et al.2008).. m ica. Los factores determinantes en la elección de un proceso de extracción, de forma general, se pueden considerar: a) la mena, b) la escala en que se necesite el material metálico, c) factores económicos, d) pureza de producto, e) el desarrollo de nuevas tecnologías, f) la explotación de. uí. propiedades específicas. Basados en tres conceptos fundamentales: el objetivo del proceso, sus. g. Q. características y sus costes, el cual, comprende desde la materia prima hasta el producto final (Ballester et al.2000).. In. Existen dos métodos para la obtención de cobre metálico, la pirometalurgia y la. de. hidrometalurgia. El 80-85% aproximadamente del total de cobre producido en el mundo se obtiene mediante pirometalurgia y la diferencia por hidrometalurgia (Alguacil et al.1999;. ca. Ballester et al.2000; Ekmekyapar et al 2003). Además presentan una serie de ventajas y. io te. desventajas propias de cada proceso, por ejemplo: La pirometalurgia no es tan atractiva, porque presenta relativamente mala selectividad y poca eficacia en las reacciones químicas de separación, no apta para el tratamiento de minerales pobres, procesos que transcurren, a menudo,. bl. en varias etapas y generan problemas medio ambientales con los residuos gaseosos y sus. Bi. operaciones son más costosas a comparación de la hidrometalurgia, posibilidad de tratar minerales pobres o incluso marginales, alta selectividad y alto grado de separación en las reacciones químicas, alta pureza de los productos, fácil control y optimización, ausencia de polución de gases y son menos costosos (Habashi.1983; Alguacil et al.1999; Ballester et al.2000). 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Antiguamente se aplicaba procesos pirometalúrgicos a yacimientos de cobre de alto grado independientemente de su naturaleza para obtener el cobre metálico, no obstante, la disminución de estos yacimientos hicieron que el tratamiento directo ya no resulte rentable por cuestiones. m ica. técnicas y económicas (Habashi.1983; Ballester et al.2000). Como respuesta es este problema resulto la flotación que es la interfase entre la mina y la planta de refinación.. uí. La flotación de minerales naturalmente es para los sulfuros, pero también abarca a los. g. Q. minerales oxidados y mixtos de cobre, cuyo mecanismo de flotación consiste en sulfhídricar la superficie del mineral para darle un carácter de sulfuro y lograr su concentración (Habashi.1983; Urbina & Roldan.2015). A veces los minerales mixtos utilizan el método combinado de. In. hidrometalurgia y flotación, pero resulta rentable cuando se trabaja con altos tonelajes del. de. material. El tratamiento de pequeños tonelajes por hidrometalurgia no ha sido ampliamente utilizado debido a los altos costos de capital de la planta de procesos que de cierta manera. ca. dependerá de la disminución en las leyes de los minerales, impacto ambiental de los procesos y. io te. precios bajos de los metales en los mercados internacionales (Ballester et al.2000).. La otra alternativa de obtención de la mayoría de los metales es el tratamiento. bl. hidrometalúrgico a través de etapas de lixiviación, purificación y precipitación (Habashi.1983;. Bi. Ballester et al.2000).. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En nuestra tesis nos enfocaremos en la etapa de lixiviación utilizando un agente lixiviante no convencional como el hipoclorito sodio - Sulfato de amonio en vez del ácido sulfúrico que es el. m ica. agente lixiviante por excelencia.. Existen varios procesos de lixiviación para minerales de cobre oxidados entre los más importantes: a) Lixiviación en pilas, b) En botaderos, c) In situ, d) En bateas e) Agitación en. uí. tanques: Para que tenga lugar la lixiviación del mineral es imprescindible el contacto íntimo. g. Q. entre este y la disolución lixiviante ; puesto que el sólido tiende a depositarse en el fondo del reactor, es necesario que este disponga de algún medio para conseguir mantener a aquel en suspensión. La manera de lograr este objetivo es imprimir al líquido un movimiento tal que la. In. velocidad local del fluido sea superior a la de caída libre de las partículas, con lo cual el líquido. de. arrastra en su movimiento a aquellas impidiendo su sedimentación (Forward & Peters.1985; Ata al.2001). Este último proceso se aplicara por contar con las exigencias técnicas que se requieren. ca. en la lixiviación amoniacal a nivel laboratorio.. io te. En la actualidad el mejor método para la extracción de cobre es con el ácido sulfúrico, que es el agente más utilizado para los minerales oxidados de cobre por su alta eficiencia de. bl. recuperación que oscila entre 80-90% (Habashi.1983; Forward & Peters.1985; Alguacil et al.. Bi. 1999). Dependiendo de la naturaleza del mineral, el consumo de ácido oscila desde 0.4 hasta 0.7 toneladas H2SO4/Ton Cu lixiviado (Habashi.1983; Ata et al.2001; Bingöl et al. 2005). Pero presenta algunas desventajas como no ser selectivo, toxico y contaminante lo que hace incompatible con las normas ambientales que regulan los vertidos de las plantas mineras en nuestro país. A su vez, dicho ácido resulta especialmente riesgoso para todos aquellos individuos 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. que deben realizar operaciones y faenas en los que este es utilizado. Su empleo, asimismo, no permite reutilizar el agua generando con aquello costos adicionales y mayor contaminación por. m ica. desechos (Ballester et al.2000).. La disolución de los diversos óxidos, carbonatos y silicatos ocurren a diferentes velocidades y pueden afectar en gran medida a la recuperación. Cada mineral ofrece sus propios problemas y. uí. la ganga puede sufrir reacciones asociadas para formar sales solubles, para provocar un consumo. g. Q. excesivo de disolvente o un efecto adverso sobre el contenido de cobre en las soluciones (Forward & Peters.1985; Ballester et al.2000). No obstante, nuestro material de estudio es la crisocola que contiene bajo contenido de cobre en su matriz de cuarzo, el cual, es reactivo con el. In. ácido sulfúrico y genera una pasividad [Herreros & Medina (2011) afirmaron que: “La sílice. de. permanece como una capa adherida a las partículas de mineral, actúa como una barrera que impide el contacto especie mineral-lixiviante y por ende bajan las extracciones”]. Además. ca. contiene un alto contenido de hierro, el cual, es una impureza que todo mineral oxidado de cobre. io te. contiene y genera un consumo excesivo de ácido.. Como respuesta a este problema, se presenta la lixiviación amoniacal y se fundamenta en los. bl. minerales oxidados de cobre divalente que son completamente solubles en medio alcalino. Bi. (Bingöl et al. 2005), no obstante, es selectiva, no reacciona con los carbonatos y gangas silíceas, las soluciones lixiviadas tienen facilidad a la purificación, producción a bajo costo, docilidad a la regeneración y facilidad en el tratamiento posterior de las soluciones de lixiviación básica (Alguacil et al. 1999; Bingöl et al.2005; Ju et al.2005; Liu et al. 2010).. 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Los agentes lixiviantes empleados deben reunir muchas propiedades para poder usarse, no debe ser muy caros, debe ser fácilmente recuperables y deben ser bastantes selectivos para. m ica. disolver determinados compuestos (Ballester et al.2000; Wang.2001).. Existen investigaciones donde se utiliza, diversos agentes lixiviantes para lixiviar la crisocola, tales como el cloro, hidróxido de amonio, cloruro de amonio, amoniaco, carbonato de amonio,. uí. sulfato de amonio, nitrato de amonio, dióxido de azufre y EDTA y sus interacciones. g. Q. (Bryden.1975; Mena & Olson, 1985; Wang. 2001; Ekmekyapar et al. 2003; Bingöl et al.2005; Liu et al. 2010; Urbina & Roldan.2015). No existen investigaciones donde utilicen la interacción Hipoclorito – sulfato de amonio para lixiviar minerales oxidados de cobre tipo crisocola de baja. de. In. ley.. Esta situación ha desembocado en la necesidad de acciones concertadas de investigaciones y. ca. desarrollo en los campos de la minería. En los últimos años se han incrementado los trabajos, lo. io te. que representa un indicio de las necesidades de la industria en incrementar las recuperaciones, abaratar los costos y disminuir los problemas medio ambientales.. Antecedentes. bl. 1.2.. Bi. Bryden. (1975), estudio la cinética de lixiviación de un mineral de cobre que contengan. malaquita y crisocola en una solución de sulfato de amonio. Se encontró que la velocidad de lixiviación fue controlada por la reacción en la superficie y la energía de activación se calculó que era a 48.5KJ/mol.. 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Mena & Olson. (1985), investigaron la cinética de lixiviación de la crisocola en soluciones de amonio/carbonato de amonio, la cinética fue controlada por las siguientes etapas, la difusión a través de micro grietas, por la adsorción de los pares de iones en los sitios activos de la superficie. m ica. y la reacción química en los sitios activos de la superficie.. Chang & Liu, (1998), observaron que la complejación de los iones Cu2+ solo puede suceder. uí. con NH3 y no con los iones de NH4+ ya que esta última es la especie más dominante a volares de. g. Q. pH por debajo de 9.3.. Alguacil et al. (1999), Patentaron el procedimiento para la recuperación de cobre mediante. In. lixiviación de materiales metálicos oxidados con disoluciones de carbonato de amonio, que da. de. lugar a la formación e los complejos amoniacales de cobre (II). Según la ecuación (1).. Cu(NH3)2 2+ CO32− + H2O. (1). io te. ca. CuO + (NH4)2CO3. En esta ecuación (1), aunque en la práctica se pueden formar o existir varios complejos de. bl. formula general Cu(NH3)n2+ donde n puede tomar normalmente el valor de 1 a 4.. Bi. Ekmekyapar et al. (2003), estudiaron la cinética de la disolución del mineral de malaquita en. soluciones de cloruro de amonio, se determinó que la velocidad de disolución aumento al incrementar la concentración de cloruro de amonio, velocidad de agitación y temperatura de reacción; sin embargo, el aumento de diámetro de partícula y la relación sólido/líquido disminuyeron la velocidad de disolución. 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Bingöl et al.(2005), estudiaron la lixiviación de la malaquita, empleando una solución acuosa de carbonato de amonio. En donde las condiciones óptimas de lixiviación del mineral fueron una solución de carbonato de amonio y de amonio en el rango de: 5 M NH4OH + 0.3 M (NH4)2CO3;. m ica. un cociente de sólido/líquido de 1:10 g/ml; tiempo de lixiviación: 120 minutos; una velocidad de 300 RPM; una temperatura de lixiviación de 25°C; un tamaño de partícula final de 450μm. El. uí. rendimiento del proceso alcanzó el 98% en la recuperación de cobre.. g. Q. Senanayake.(2007), afirmo la lixiviación de óxidos en medios clorurados es ventajosa debido a la favorable cinética de lixiviación en condiciones atmosféricas ya que mejora la actividad del protón y el efecto catalítico de los iones cloruros debido a la complejación con iones metálicos.. de. In. Los iones cloruros facilitan la disolución de óxidos de cobre (II) en soluciones acidas.. Liu et al. (2010), estudiaron la cinética de lixiviación del mineral complejo tang – dan de. ca. cobre refractario de baja ley, los resultados mostraron que la temperatura, la concentración de. io te. amoníaco y cloruro de amonio tiene influencia favorable sobre la velocidad de lixiviación de minerales de óxido de cobre, pero la velocidad de lixiviación disminuye con el aumento de. bl. tamaño de partícula y la relación de sólido/líquido.. Bi. Urbina & Roldan. (2015), estudiaron la lixiviación en medio amoniacal, el mineral de cobre. tipo crisocola a nivel laboratorio para determinar la eficiencia de extracción, donde se obtuvo, que a pH 9,5, RS/L 1/10 y [NH3]= 6.68g/L, velocidad de agitación 800 rpm, tamaño de partícula #100 (150) micras, Wm= 20g, tiempo 5 horas, temperatura y presión ambiental, se obtuvo una recuperación del 45.36%. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.. Marco Teórico. Para entender la disolución amoniacal primero se debe conocer que el amoniaco tiene la caracteriza de solubilizarse fácilmente en agua donde genera el ion amonio [NH4+] formando. m ica. soluciones alcalinas. Pero el amoniaco pasa a amoniaco gas lentamente en el equilibrio con el amoniaco en solución. La constante de disociación del amoniaco. Kb es 1.774x10-5 a 25ºC, la cual, se incrementa sensiblemente con el aumento de la temperatura, otra característica del. uí. amoniaco es que incrementa su solubilidad en agua con la disminución en el pH por lo tanto la. g. Q. volatilidad del amoniaco se incrementa con el aumento del pH (básico) (Vivar.2014). Asimismo, existen varios elementos que precipitan en lixiviación amoniacal; como es el caso del hierro que contiene los minerales oxidados de cobre como impureza, por lo cual, el amoniaco evita que el. In. hierro se disuelva y esta es otra característica del procedimiento, el cual, es una gran ventaja; es. de. decir, se obtendría soluciones ricas de cobre sin presencia de hierro. El hierro está presente como Fe (II), él se disuelve muy parcialmente para formar complejos amoniacales Fe(NH3)n2+ ,aunque. ca. estos rápidamente se hidrolizan para precipitar como Fe(OH)3 y Fe(III), precipita como Fe(OH)3. io te. y no reacciona con la pirita ni marcasita (Alguacil et al. 1999; Ekmekyapar et al. 2003).. El sulfato de amonio, el cual, es nuestro agente lixiviante que al reaccionar con una base. bl. fuerte como el hidróxido de sodio, libera amoniaco a partir de los iones de amonio. El amoniaco. Bi. es un gas y lixiviara al cobre divalente contenido en el mineral de crisocola formando una coloración azul intenso que es el tetra amonio de cobre (II) y reaccionara con el hierro formando un precipitado de hidróxido de hierro.. 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Como se muestra en la Figura 1, para el sistema Cu-NH3-H2O, se aprecian las especies acuosas de cobre amoniacal y Cu2+, así como también las especies solidas CuO y Cu2O. Todas las especies acuosas amoniacales de cobre (II) se obtienen en potenciales positivos y las especies. m ica. amoniacales de cobre (I) potenciales negativos. Cuando el pH es mayor a 9.8 se obtiene CuO y Cu2O sólido, debido a la condición alcalina del medio de lixiviación.. uí. Como ha quedado demostrado la resistencia que ofrece el silicato a los iones de amonio y de. g. Q. amoniaco, se producirá una disminución en la extracción de cobre. Como respuesta a este problema se utilizó el hipoclorito de sodio, el cual, es un oxidante básico que al reaccionar con el agua libera oxígenos diatómicos, como se indica en las reacciones (2) y (3). Según. In. (Senanayake.2007), afirma que la lixiviación de óxidos en medios clorurados es ventajosa debido. de. a la favorable cinética de lixiviación en condiciones atmosféricas.. ca. Se muestra en la Figura 2, para el sistema Cl-H2O, a pH menores a 8 se forma el ácido hipocloroso HOCl y a partir menores a pH 4 se va formando el cloro diatomico Cl 2 y aumenta. io te. con la disminución del pH y el ion hipoclorito se forma a pH mayores de 8.10 OCl - y todas las. bl. especies se obtienen en potenciales positivos.. Bi. Como se muestra en la Figura 3, el diagrama Cu-Cl-H2O, donde se aprecia que en condiciones. moderadas con pH superior a 9.5 prevalece la especie acuosa CuCl(OH); al aumentar las condiciones oxidantes se forma, CuO y a pH inferiores a 8 predominan los complejos clorurados de cobre y la mayoría de las especies se obtienen con potenciales positivos, solo el cobre metálico obtienen con potenciales negativos. 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) io te. ca. de. In. g. Q. uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Bi. bl. Figura 1. Diagrama E-pH para el sistema Cu-NH3-H2O a 25ºC, (Ordoñez. A, Rios, P & Alfaro. E, 2011).. 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Bi. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 2. Diagrama E - pH del sistema Cl –H2O a 25 ºC, (Ordoñez. A, Rios, P & Alfaro. E, 2011).. 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Bi. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 3. Diagrama Eh – pH del sistema Cu – Cl – H2O a 25 ºC. (Ordoñez. A, Rios, P & Alfaro. E, 2011).. 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El presente trabajo se utilizó como agente lixiviante el hipoclorito - sulfato de amonio grado. m ica. fertilizante y que a continuación se explicara su mecanismo de reacción.. 1.3.1. Mecanismo de Reacción 1.3.1.1. Primera etapa. uí. La formación del ion hipoclorito (OCl-) ocurre a pH>7.5, Según la Figura 2, el cual, es un. NaClO +H2O OCl- + H2O. OCl- +NaOH + H+. (2). O2(g) + Cl- + 2H+ + 2e-. (3). In. indica las reacciones (2) y (3).. g. Q. oxidante fuerte capaz de liberar dos oxígenos diatomicos (O2) al reaccionar con el agua, como lo. de. Según la Figura Nº2. Eh-pH para el sistema Cl-H2, que el ácido hipoclorito, HOCl, como el ion hipoclorito, OCl-, son fuertes oxidantes. Se obtiene CuO y oxicloruros de cobre: CuClOH-. ca. ,CuCl2OH-2 y CuCl(OH)2-2, como se muestra en la Figura 2. Eh – pH del sistema Cu – Cl – H2O,. io te. los cuales, se encuentran en el potencial positivo del medio. El mineral de estudio es la crisocola (CuSiO3.2H2O), que al reaccionar con el ion hipoclorito. bl. y se mantiene en un potencial moderado se obtiene, según la reacción (4): CuClOH- + SiO2+ 3OH. (4). Bi. CuSiO3.2H2O+ OCl-. Con un potencial más alto, según la reacción (5): CuSiO3.2H2O+2OCl-. CuO + SiO2 + 2Cl- + 4OH. (5). 14. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.1.2. Segunda etapa La lixiviación amoniacal se fundamenta en la descomposición del hidróxido de amonio (NH4+), según la reacción (6) y (7). NH4OH + Na2SO4. (6). m ica. (NH4)2SO4 + NaOH. NH4+(ac) + OH-(ac). NH4OH(ac). (7). uí. El ion amonio al reaccionar con el agua genera amoniaco y ion Hidronio (González.2011), como se indica en la reacción (8), es reversible y por cada mol de ion amonio que reacciona con. NH4+(ac) + H2O(l). g. Q. agua, se forma uno de amoniaco y uno de ion hidronio en estado acuoso. NH3(ac) + H3O+(ac). (8). In. Estos dos productos son muy importantes puesto que el ion hidronio se encarga de disolver. de. todo precipitado o mineral de cobre oxidado, como lo indica las reacciones (9) y (10). CuO(S) + H3O+(ac). Cu2+(ac) + H2O(l) + Cu(OH)2(s) Cu2+(ac) + H2O(l). ca. Cu(OH)2(s) + H3O+(ac). (9) (10). io te. El primer producto de la reacción (8) permite acomplejar de la y mantener el cobre en solución, según las ecuaciones (11) y (12), los cuales, son complejos amoniacales inestables. Bi. bl. Cu(NH3)22+.. CuClOH- + 2NH3(ac). Cu(NH3)22+ Cu(NH3)22+. CuO + 2NH3(ac). (11) (12). 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.1.3. Tercera etapa Un exceso de amoniaco se transforma a las ecuaciones (11) y (12), en el complejo principal más estable del sistema: El treta amonio de cobre (II) Cu(NH3)42+; esto debido a la acción del pH. m ica. y la ([NH3+ NH4]); como se muestra en las ecuación (13). Cu(NH3)22+ + 2NH3(ac). Cu(NH3)42+. (13). uí. Las reacciones globales donde se resumen la segunda y tercera etapa. Como lo indican las. CuClOH- + 4NH4OH. Cu(NH3)42+ +3H2O + Cl-+2OH-+H. (14). Cu(NH3)42+ +3H2O +2OH-. (15). Bi. bl. io te. ca. de. In. CuO + 4NH4OH. g. Q. reacciones (14) y (15).. 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.4.. Justificación del problema. Existen yacimientos de cobre oxidado de baja ley, minerales complejos y relaves que en condiciones normales serían considerados por cuestiones técnicas y económicas como desmonte;. m ica. no obstante, estos minerales generalmente contienen en su matriz con un alto contenido de hierro, material insoluble y compuestos que serían perjudiciales y el consumo de ácido de sulfúrico seria considerable, a comparación de la lixiviación amoniacal que es selectiva, no. uí. reacciona con los carbonatos, ni con el material insoluble, y se obtendría soluciones ricas de. g. Q. cobre libres de iones de hierro para una electrodeposición directa, evitando así, la extracción solvente-solvente y lograr obtener un valor económico de aquellos minerales denominados como desmontes. El presente estudio establece que a partir del sulfato de amonio, generara el amoniaco. In. en el mismo proceso de lixiviación. Esto se logra al regular pH del medio mediante la adición de. de. hidróxido de sodio y como agente oxidante básico se empleará el hipoclorito, que es un oxidante básico fuerte capaz de descomponer al agua con producción de oxigeno diatomico. Pero no. ca. existen trabajos donde se realicen lixiviaciones utilizando hipoclorito-sulfato de amonio, para tratar minerales oxidados de cobre tipo crisocola de baja ley. En el departamento de la Libertad,. io te. provincia de Otuzco, distrito de Salpo, se podría aplicar este trabajo ya que existen yacimientos. bl. cupríferos que contienen crisocola de baja ley.. Problema. Bi. 1.5.. ¿Cómo influye la concentración del hipoclorito-sulfato de amonio y pH en la lixiviación. amoniacal de cobre a partir de crisocola de baja ley?. 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.6.. Hipótesis. La concentración del hipoclorito-sulfato de amonio y a un pH adecuado influye directamente aumentando en el porcentaje de extracción de cobre en la lixiviación del mineral oxidado tipo. 1.7.. Objetivos. Determinar la influencia de la concentración del hipoclorito-sulfato de amonio y pH en la. uí. -. m ica. crisocola de baja ley.. -. g. Q. lixiviación amoniacal de cobre a partir de crisocola de baja ley.. Determinar la concentración del hipoclorito sulfato de amonio en la lixiviación amoniacal para obtener el porcentaje de extracción de cobre óptimo.. Determinar la influencia del pH, en la lixiviación amoniacal.. -. Determinar el porcentaje de extracción de cobre óptimo.. Bi. bl. io te. ca. de. In. -. 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. II. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Equipos. m ica.  Balanza precisión Modelo FX-3000i, Max 3200g d = 0.01g, Marca AND.  Balanza precisión Modelo GR-200, Max 210g d = 0.1mg, Marca AND.  Potenciómetro OAKTON PC 700.. uí.  Banco de agitación, Marca Juvisa.. g. Q.  Mufla Modelo f6028c , Temperatura 1200 ºC, Marca Barnstead Thermolyne  Chancadora primaria 3 pulgada, Marca Braun - Chipmunk.. In.  Chancadora secundaria 1/2 pulgada, Marca Juvisa..  Chancadora terciaria 1/4 pulgada, Marca Braun - Chipmunk.. de.  Cuarteador Jones 20 Kg , Marca International  Pulverizadora de anillos, Marca Juvisa.. ca.  Rotap, Marca Haver & Boecker. io te.  Bomba de vacío MZ2C, modelo YEKF63CX-4, 1.9/2.1 m3/h, 9 mbar. 2.2. Materiales. bl. 2.2.1. Materiales de vidrio. Bi.  Vasos de precipitación de 1000 mL, 500 mL y 250 mL, Marca Pyrex.  Matraces de 250 mL, Marca Pyrex.  Bureta graduada de 50 mL, 25 mL y 10 mL, Marca Brand.  Pipeta graduada de 5 mL, Marca Pyrex.. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.2. Otros materiales  Papel Filtro # 40 y 42, Marca Whatman.  Malla # 100 ASTM, Marca Tyler..  Capsula de porcelana, Marca Fisher.  Pinza para vasos de precipitación, Marca Fisher.. uí.  Pinza para crisoles de acero inoxidable, Marca Fisher.. m ica.  Espátulas, Marca Fisher.. g. Q.  Mortero, Marca Fisher.  Soporte universal, Marca Fisher.  Triangulo de pipa, Marca Fisher.. In.  Trípode, Marca Fisher.. de.  Crisoles de porcelana 25 ml, Marca Coors.. 2.3. Reactivos. ca.  Crisol de circonio 30 ml, Marca Coors.. io te. 2.3.1. Reactivos de Lixiviación.  Hipoclorito de sodio (NaClO) 10% p/p, Marca Quimpac.  Sulfato de amonio grado fertilizante (NH4)2SO4 S 24, N 21, Marca Misti.. Bi. bl.  Hidróxido de sodio 98% (NaOH), Marca Dropaksa. 2.3.2. Reactivos para análisis de Cobre Total  Ácido nítrico concentrado (HNO3), (68-70% de pureza), Marca J.T. Baker Chemical  Ácido clorhídrico concentrado (HCl), (35-38% de pureza), Marca J.T. Baker Chemical. 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4), (96% - 97% de pureza aprox.). Marca J.T. Baker Chemical.  Agua destilada (H2O).. m ica.  Hidróxido de amonio (NH4OH), (28-30% de pureza), Marca Merck.  Ácido acético glacial (CH3COOH), (98%-100 %),Marca J.T. Baker Chemical..  Ioduro de potasio (KI),Qp. Marca Merck.. uí.  Fluoruro de sodio (NaF),Qp., Marca Matheson Coleman & Bell.. g. Q.  Almidón soluble al 1%, Marca Matheson Coleman & Bell.  Tiosulfato de sodio penthahidratado p.a. (Na2S2O3.5H2O).. In.  Cobre electrolítico 99.99%. Marca Merck. 2.3.3. Reactivos para análisis de Oxido de Silicio total e insoluble total. de.  Carbonato de sodio (Na2CO3),Qp., Marca Matheson, Coleman & Bell.  Peróxido de sodio (Na2O2),Qp., Marca J.T. Baker Chemical.. ca.  Agua destilada (H2O). io te.  Ácido clorhídrico concentrado (HCl), (35-38% de pureza), Marca J.T. Baker Chemical  Ácido nítrico concentrado (HNO3), (68-70% de pureza),Marca J.T. Baker Chemical. bl. 2.3.4. Reactivos para análisis de Hierro Total  Ácido clorhídrico concentrado (HCl), (35-38% de pureza),Marca J.T. Baker Chemical.. Bi.  Clorato de potasio (KClO3),Qp. Marca Merck.  Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4),(96% - 97% de pureza aprox.),Marca J.T. Baker Chemical.. 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Ácido fosfórico concentrado (H3PO4), (85% de pureza aprox.), Marca J.T. Baker Chemical.  Cloruro de amonio (NH4Cl),Qp, Marca Baker Chemical.. m ica.  Hidróxido de amonio (NH4OH), (28-30% de pureza), Marca Merck.  Agua destilada (H2O).  Plomo electrolito 99.99%. Marca Merck... uí.  Hierro electrolito 99.99%. Marca Merck.. g. Q.  Sulfonato sódico de difenilamona Qp, Marca Matheson Coleman & Bell.  Dicromato de potasio (K2Cr2O7),Qp, Marca Merck. 2.3.5 Reactivos para análisis de Hierro Divalente. In.  Ácido clorhídrico (HCl), (35-38% de pureza),Marca J.T. Baker Chemical.. de.  Ácido sulfúrico (H2SO4),(96% - 97% de pureza aprox.),Marca J.T. Baker Chemical.  Ácido fosfórico (H3PO4), (85% de pureza aprox.), Marca J.T. Baker Chemical.. ca.  Dicromato de potasio (K2Cr2O7), Qp., Marca Merck.. io te.  Fierro electrolítico 99.99%. Marca Merck.. Bi. bl.  Sulfonato sódico de difenilamina, Qp., Marca Matheson Coleman & Bell.. 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.4 Método 2.4.1 Material de estudio El mineral de cobre oxidado tipo crisocola de baja ley fue utilizado para las pruebas. m ica. experimentales de lixiviación cuyos depósitos de mineral se encuentra en el departamento de la Libertad, Provincia de Otuzco, Distrito de Salpo. (El análisis químico del mineral para determinar el contenido de cobre total, Hierro total y Hierro divalente por volumetría utilizando. uí. tiosulfato de sodio penthahidratado y dicromato de potasio respectivamente, el óxido de silicio. g. Q. total por gravimetría utilizando fusión alcalina e insoluble por gravimetría aplicando ataque químico); se aplicaron controles de calidad (duplicados, blancos, STD 153 y registros), los cuales, aseguraron la confiablidad los resultados obtenidos. Todos los elementos fueron. In. determinados por los autores cuyos procedimientos se encuentran en el anexo B. Según la Tabla. de. 1 los resultados fueron los siguientes.. ca. Tabla 1. El Análisis Químico del Mineral. Método. Valor (%). Insoluble. Gravimétrico. 58.28. SiO2. Gravimétrico. 45.25. Fe. Volumetría. 40.52. Fe {2+}. Volumetría. 15.81. Cu. Volumetría. 1.25. Bi. bl. io te. Elementos. 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Las propiedades físicas del mineral oxido de cobre tipo crisocola: el pH se determinó por potenciómetro, la humedad se determinó por gravimetría. Todas las propiedades físicas fueron determinadas por los autores y cuyos procedimientos se encuentran en el anexo C. Según la. m ica. Tabla 2 los resultados fueron los siguientes.. uí. Tabla 2. Propiedades Físicas del Mineral Crisocola. Método. Valor. pH. Potenciómetro. 3.05. Humedad (%). Gravimétrica. 13.6. In. g. Q. Parámetros. El mineral se trituró, se molió y luego se tamizó. Se utilizó tamiz de ensayo estándar (Marca. de. Tyler) para obtener el tamaño deseado para las pruebas de lixiviación y se describe en el protocolo de preparación de muestras que se encuentra en el apéndice A.. ca. Según como se indica en la Tabla 3, se utilizó un diseño bifactorial, para el análisis de los. io te. resultados de las pruebas de lixiviación: 32 = 9, el cual, se realizó por duplicado y resulto un total. bl. de 18 pruebas experimentales, los cuales se encuentran en el anexo D.. Bi. En la presente tesis los ensayos se realizaron en la Universidad Nacional de Trujillo, Facultad de Ingeniería, Escuela de Metalurgia, en el Laboratorio de procesamiento de minerales excepto los análisis de las soluciones ricas de cobre amoniacal, las cuales se realizaron por la Empresa Sesuveca del Perú S.A.C.. 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. m ica. Tabla 3. Las variables independientes, concentración del agente lixiviante y pH, donde se muestra las combinaciones de las variables utilizadas en el presente estudio. En el anexo A, se encontrará los cálculos de las concentraciones.. [0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4]. [0.43 M NaOCl + 1.14M (NH4)2SO4]. [0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4]. 9.5. [0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4] –. [0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4] –. [0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4] –. 9.5. 9.5. 9.5. [0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4] -. [0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4] –. [0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4] –. 9,8. 9.8. 9.8. [0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4] –. [0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4] -. 10. ec a. io t. [0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4] -. 10. 10. bl. 10. Bi. 9.8. de. pH. In g. .Q uí. Concentraciones Hipoclorito de Sodio - Sulfato de Amonio. 25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En la Tabla 4, se presentan las variables fijas de operación: El tamaño de partícula, velocidad de agitación, relación sólido/ líquido, tiempo y temperatura de lixiviación que se extrajo del antecedente (Urbina & Roldan. 2015), donde utilizaron crisocola y realizaron una lixiviación. ofrecía los silicatos a los iones de amonio y amoniaco.. m ica. amoniacal con nitrato de amonio pero obtuvieron una extracción 45.36% por la resistencia que. Tabla 4. Variables de operación fijas.. Tamaño de partícula. 800 rpm. g. Q. Velocidad de agitación. 1/10. uí. Relación Solido/Liquido. -#100 (150um). Temperatura. In. 5 horas. Tiempo. 25ºC. de. Fuente: Urbina. J, & Roldan, F. (2015).Lixiviación amoniacal del mineral de cobre tipo crisocola utilizando nitrato de amonio (Tesis de pregrado). Universidad Nacional de Trujillo, Trujillo, Perú.. ca. 2.4.2. Procedimiento de lixiviación. io te. Se realizaron un total de 18 pruebas experimentales a nivel laboratorio, se utilizó la prueba experimental IMLA_16 para describir el procedimiento realizado en un banco con 4 celdas de. bl. agitación, marca Juvisa. Todos los experimentos se realizaron de la misma manera.. Bi.  Se pesó 50 g de mineral cuyo tamaño de partícula es menos malla Tyler Nº100 (150 micras), el cual, se adiciono en vaso de precipitación de 800 ml, marca Pyrex, con la finalidad de lograr una simulación a nivel laboratorio de un tanque de agitación.  En el reactor se adiciono 0.34 M NaOCl (115.11 ml NaOCl al 10% w/w cuya densidad 1.1076 g/cm3 equivalente a 12.75 g NaOCl y se le adiciono 333.63 ml H2O). 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  El pH inicial medido fue 12.58, mediante el uso del potenciómetro marca Oakton PC 700 y se regula con la adición de ácido nítrico hasta llegar al pH de operación 8.40 y se controló el pH cada hora durante el tiempo de operación de 2 horas.. m ica.  Se observa una coloración rojiza es por la formación de los óxidos de cobre por el potencial de oxidación elevada..  Después de 2 horas se le adiciono 0.91 M (NH4)2SO4 (37.02g NaOH + 59.56g (NH4)2SO4. uí. en forma de pellets), manteniendo la relación solido/liquido 1/10.. g. Q.  Se midió el pH inicial 12.64, mediante el uso del potenciómetro marca Oakton PC 700 y se regula con la adición de ácido nítrico hasta llegar al pH 10, el cual, es el pH de operación y se controló cada hora durante el tiempo de operación de 3 horas.. In.  Se procedió a filtrar al vacío la solución, donde se obtuvieron dos productos: la solución. de. enriquecida de cobre como Cu(NH3)42+, que es una coloración azul intensa y el relave que comprende: el hidróxido de hierro y el insoluble.. ca.  El producto es la solución tetra amonio de cobre (II), Cu(NH3)42+, cuyo pH final fue de 9.5.. io te.  El análisis de cabeza y relave se determinó por volumetría cuyo resultado se encuentra en el apéndice F y la solución rica tetra amino de cobre (II), se determinó por absorción atómica reportado por el laboratorio químico de la empresa Sesuveca del Perú S.A.C, cuyos. bl. resultados se encuentran en el anexo E.. Bi.  Los balances de lixiviación hipoclorito – sulfato de amonio para obtener los resultados de los porcentajes de extracción de cobre, están en el apéndice C.. 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. III.. RESULTADOS. 3.1. Resultados de pruebas experimentales Tabla 5. Resultados del Porcentaje de Extracción de Cobre. Experimento. Concentración. pH. 1. IMLA_01. 0.34M NaOCl+0.91M (NH4)2SO4. 2. IMLA_02. 0.43M NaOCl+1.14M (NH4)2SO4. 3. IMLA_03. 0.51M NaOCl+1.37M (NH4)2SO4. 4. IMLA_04. 5. % extracción Cu. m ica. Ítem. 77.16. 9.5. 88.73. 9.5. 91.89. 0.34M NaOCl+0.91M (NH4)2SO4. 9.8. 71.84. IMLA_05. 0.43M NaOCl+1.14M (NH4)2SO4. 9.8. 82.26. 6. IMLA_06. 0.51M NaOCl+1.37M (NH4)2SO4. 9.8. 87.1. 7. IMLA_07. 0.34M NaOCl+0.91M (NH4)2SO4. 10. 67.39. 8. IMLA_08. 0.43M NaOCl+1.14M (NH4)2SO4. 10. 77.85. 9. IMLA_09. 0.51M NaOCl+1.37M (NH4)2SO4. 10. 84.56. 10. IMLA_10. 0.34M NaOCl+0.91M (NH4)2SO4. 9.5. 78.03. 11. IMLA_11. 0.43M NaOCl+1.14M (NH4)2SO4. 9.5. 87.01. 12. IMLA_12. 0.51M NaOCl+1.37M (NH4)2SO4. 9.5. 92.4. 13. IMLA_13. 0.34M NaOCl+0.91M (NH4)2SO4. 9.8. 72.83. 14. 9.8. 84.01. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. 9.5. 0.43M NaOCl+1.14M (NH4)2SO4. 15. IMLA_15. 0.51M NaOCl+1.37M (NH4)2SO4. 9.8. 89.27. 16. IMLA_16. 0.34M NaOCl+0.91M (NH4)2SO4. 10. 68.24. 17. IMLA_17. 0.43M NaOCl+1.14M (NH4)2SO4. 10. 76.97. 18. IMLA_18. 0.51M NaOCl+1.37M (NH4)2SO4. 10. 85.27. Bi. IMLA_14. 28. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En la Tabla 5. Se realizaron 18 pruebas experimentales en función de las concentraciones y pHs para lograr porcentajes de extracción de cobre óptimo. Siendo la concentración 0.51M NaOCl + 1.37M (NH4)2SO4 y pH 9.5 donde se logró la máxima extracción 92,4 % Cu y la. (NH4)2SO4 y a pH 10, cuya extracción fue 67.39 % Cu.. m ica. mínima extracción de cobre que se logró fue con una concentración 0.34M NaOCl + 0.91 M. 3.2. Valores promedio de la extracción de cobre en función a la concentración y pH. g. Q. uí. Tabla 6. Resultados promediados. Experimento. Concentración. pH. % extracción Cu. 1. IMLA_01. 0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4. 9.5. 77.60. 2. IMLA_02. 0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4. 9.5. 87.87. 3. IMLA_03. 0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4. 9.5. 92.15. 4. IMLA_04. 0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4. 9.8. 72.34. 5. IMLA_05. 0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4. 9.8. 83.14. 6. IMLA_06. 0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4. 9.8. 88.19. 7. IMLA_07. 0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4. 10. 67.82. Bi. bl. io te. ca. de. In. Ítem. 8. IMLA_08. 0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4. 10. 77.41. 9. IMLA_09. 0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4. 10. 84.92. 29. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(43) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En la Tabla 6. Se presenta 9 pruebas experimentales que son los promedios de la extracción de cobre en función de las concentraciones y pHs de la Tabla 5. Siendo la concentración 0.51M NaOCl + 1.37M (NH4)2SO4 y pH 9.5 obteniendo una mayor extracción. m ica. optima de 92,15 % Cu y la mínima extracción optima de 67.82% Cu correspondiente a la concentración 0.34M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4 y a pH 10. 3.3. Diseño bifactorial. uí. El análisis de los resultados del diseño bifactorial en base a los datos de la Tabla 5, cuyo. 2. g. Q. desarrollo se encuentra en el apéndice D.. Replicas. 2. 9. Total de corridas. 18. Tabla 7. Diseño bifactorial. In. Factores. de. corridas base. ca. En la Tabla 7 se indica el diseño bifactorial, el cual, consta de 9 pruebas originales y se. io te. realizara junto con sus réplicas, siendo un total de 18 pruebas experimentales.. bl. Tabla 8. Niveles de variables pH, Concentración. Bi. Factor pH. Concentración. Niveles. Valores. 3. 9.5 – 9.8 - 10 0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4. 3. 0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4 0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4 30. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(44) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En la Tabla 8 nos indica los factores, los niveles y los valores para lograr la óptima extracción de cobre.. m ica. Tabla 9. Matriz de información para el análisis de varianza. Grados de. Suma de. Media de los. variación. libertad. cuadrados. cuadrados. pH. 2. 257.03. 128.52. Concentración. 2. 691.93. Interacción. 4. 16.65. Error. 9. Total. 17. Fc. 4.26. 345.97. 81.45. 4.26. 4.16. 0.98. 3.63. In. g. Q. 30.25. 4.25. ca. de. 38.23. Fo. uí. Fuente de. io te. Se evaluó los resultados de la Tabla 5, utilizando el diseño bifactorial para determinar si el pH, concentración y sus interacciones de ambas pueden afectar significativamente en el. Bi. bl. porcentaje de extracción de cobre y según la Tabla 9 se pueden establecer que:. Si existe influencia significativa por parte del factor pH y concentración por si solos, hacia. variable de respuesta porcentaje de extracción de cobre ya que “Fo” es mayor a 4.26 y no existe influencia significativa por parte de la interacción de ambos factores hacia la variable respuesta, esto se debe a que el valor “Fo” es menor a 3.63 31. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(45) 100 95 90 85. 0,34MNaOCl+0,91M(NH4)2SO4 80. 0,43MNaOCl+1,14M(NH4)2SO4. 75. m ica. Porcentaje de extraccion de cobre. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 0,51MNaOCl+1,37M(NH4)2SO4. 70 65. 9.5. 9.8. 10. g. Q. uí. pH. Bi. bl. io te. ca. de. In. Figura 4. Influencia del pH vs porcentaje de extracción de cobre. Figura 5. Influencia de la concentración vs porcentaje de extracción de cobre A = 0.34 M NaOCl + 0.91 M (NH4)2SO4 B = 0.43 M NaOCl + 1.14 M (NH4)2SO4 C = 0.51 M NaOCl + 1.37 M (NH4)2SO4 32. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.