Efecto de la concentración de ácido nítrico del lavado ácido en la eficiencia de remoción de carbonatos del proceso carbón en columnas

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Qu. ím. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. ge nie ría. EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO DEL LAVADO ÁCIDO EN LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CARBONATOS DEL PROCESO CARBÓN EN COLUMNAS TESIS. PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. In. INGENIERO QUÍMICO. :. Br. SÁNEZ MENDOZA, LORENZO JOEL Br. TRUJILLO VERA, JOEL ABEL. ec. a. de. AUTORES. Bi. bli ot. ASESOR. ¿. :. Dr. ALFREDO CRUZ MONZON. TRUJILLO – PERU 2014. -1-. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. ím. Ms. Patricia Carranza Vílchez. ica. UN T. JURADO EVALUADOR. In ge. nie. ría. Qu. (Presidente). Ms. Teresa Chu Esquerre. Bi. bli ot ec a. de. (Miembro del jurado). Dr. José Alfredo Cruz Monzón (Asesor). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. UN T. A nuestro mejor amigo Dios, porque te debemos a ti señor todo lo que somos; dejando nuestro hoy, nuestro mañana y todo nuestro ser.. ica. Con mucho amor y respeto a mis padres:. ím. Felicita y Benjamín, quienes con su apoyo y fe inquebrantable me apoyan en todo momento de mi vida.. Qu. A ti madre por tu ternura y ese gran amor que me muestras en todo momento para apoyar a tus hijos.. ría. A ti padre por tu fortaleza y por enseñarme. nie. muchas cosas buenas de la vida. A mis hermanos:. In ge. Emily y Robert, por brindarme su constante apoyo,. Bi. bli ot ec a. de. por sus consejos y su motivación para que pueda salir adelante frente a cualquier adversidad.. A mis padrinos: Claritza y Pedro, porque su confianza, apoyo moral y sus consejos me incentivaron para salir siempre adelante.. Abel i. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. A mis padres Antero y Luz. UN T. que siempre me motivaron para seguir adelante y me apoyaron. ica. cuando más lo necesitaba.. A mi esposa Cinthia y mi hija Luana. Qu. ím. que son el motivo para seguir superandome.. A mis hermanos Cristhian y Jean Carlo. ría. por sus consejos, y porque me incentivaron. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. siempre para salir siempre adelante.. Joel. ii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. UN T. AGRADECIMIENTO. A los ingenieros de la Facultad de Ingeniería Química que nos enseñaron los principios básicos de nuestra profesión y nos facilitaron las herramientas para poder. ica. concluir esta investigación.. A nuestro asesor el Dr. José Alfredo Cruz Monzón por su constante asesoramiento,. ím. sus consejos, y la confianza para poder desarrollar de manera satisfactoria el presente. Qu. trabajo de investigación.. A Minera Barrick Misquichilca S.A.; a los ingenieros Ricardo Araujo Superintendente de la Planta de Procesos por las facilidades brindadas para la realización. ría. de este trabajo de investigación y a Christian Dávila Supervisor Junior de la Planta de Carbón Activado por el apoyo y la confianza en el aprendizaje de la operación CIC.. nie. Al personal de metalurgia y laboratorio químico de Minera Barrick Misquichilca S.A; quienes nos facilitaron los equipos, procedimientos y reactivos necesarios para. In ge. consolidar la investigación, gracias por su apoyo en todo momento. A todas las personas que apoyaron de alguna manera en la realización de la investigación y lo más importante nos brindaron su amistad, la que esperamos mantenerla. Bi. bli ot ec a. de. por siempre.. Los Autores.. iii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. UN T. PRESENTACIÓN. Sres. Miembros del Jurado:. Cumpliendo con las disposiciones del Reglamento Interno de Grados y Títulos de la. ica. Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo, presentamos a vuestra consideración el trabajo intitulado: “EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE. ím. ÁCIDO NÍTRICO DEL LAVADO ÁCIDO EN LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE. el Título de Ingeniero Químico.. Qu. CARBONATOS DEL PROCESO CARBÓN EN COLUMNAS”, con el propósito de optar. Es propicia la oportunidad para manifestarles nuestros más sinceros agradecimientos por. Los Autores.. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. haber contribuido a nuestra formación profesional.. iv. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. ica. UN T. La presente investigación fue realizada en Minera Barrick Misquichilca – Lagunas Norte, ubicada en el distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco, La Libertad. En esta investigación se evaluó la influencia de la concentración de ácido nítrico diluido sobre la eficiencia de remoción de carbonatos de calcio en la etapa de lavado ácido del proceso carbón en columnas (CIC) para la recuperación de oro.. Qu. ím. El propósito del estudio de este trabajo fue determinar la concentración adecuada de ácido nítrico que se debe utilizar para regenerar el carbón activado en la etapa de lavado. Las concentraciones utilizadas de ácido nítrico diluido fueron 1%, 3% y 5%. Se utilizó en el lavado ácido, carbón activado a concentraciones de 13.8, 19.5 y 26.2 g CaCO3/ kg carbón, en tiempos de 1, 3, 5 y 7 horas. Para determinar los carbonatos presentes en el carbón activado se utilizó el método volumétrico de titulación con sal disódica (EDTA).. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. Para concentraciones de 13.8 y 19.5 g CaCO3/ kg carbón se determinó que las mejores eficiencias se obtuvieron al utilizar HNO3 al 3% con tiempo de residencia de 3 horas, brindándonos eficiencias de remoción de 82.1% y 82.05% respectivamente. Asimismo para la concentración de 26.2 g CaCO3/ kg carbón la mejor eficiencia fue de 80.80% y se obtuvo al utilizar HNO3 al 3% con tiempo de residencia de 5 horas.. v. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. ica. UN T. This research was conducted in Minera Barrick Misquichilca - Lagunas Norte, located in the district of Quiruvilca province of Santiago de Chuco, La Libertad department. In this investigation the influence of dilute nitric acid concentration on the removal efficiency of calcium carbonates in acid stage coal washing in columns (CIC) for the gold recovery process was evaluated.. Qu. ím. The purpose of the study was to determine the appropriate concentration of nitric acid to be used to regenerate the activated carbon the washing step. The concentrations used in dilute nitric acid are 1%, 3 % and 5%. It was used in acid washing, activated at concentrations of 13.8, 19.5 and 26.2 g CaCO3/kg coal, in times of 1, 3, 5 and 7 hours coal. To determine carbonates in the activated carbon volumetric titration method disodium salt (EDTA) was used.. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. For concentrations of 13.8 and 19.5 g CaCO3/kg coal was determined that the best efficiencies were obtained using 3% HNO3 with residence time of 3 hours, giving us removal efficiencies of 82.1% and 82.05% respectively. Also for the concentration of 26.2 g CaCO3/ kg coal best efficiency was 80.80% and was obtained by using 3% HNO3 with residence time of 5 hours.. vi. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. UN T. ÍNDICE CAPITULAR. Dedicatoria. i. Agradecimiento. iii iv. ica. Presentación Resumen. ím. Abstract. Qu. Listado de tablas Listado de figuras. x xii xiv. FUNDAMENTO TEÓRICO.……………………………………...………......1. nie. I.. vi. ría. Introducción. v. 1.1. GENERALIDADES…….….…………………………..………………….1. In ge. 1.1.1. DEFINICIÓN DE DUREZA…………………………...……………2 1.1.2. FORMACIÓN DE LAS INCRUSTACIONES…….………...……...3. de. 1.1.3. FORMACIÓN DEL CaCO3…………………………....….….……..4. 1.2. CONTROL DE PRECIPITACIÓN DE CARBONATOS….…………...…6. bli ot ec a. 1.2.1. MÉTODO DE INHIBICIÓN……...……..……………….....…..…..6 1.2.1.1. Inhibición – efecto Threshold ………………………….…...7 1.2.1.2. Dispersión………………………………………………...…..8. Bi. 1.2.1.3. Distorsión y modificación de cristales………………………..8. 1.2.2. MÉTODO DE REMOCIÓN…...……………...………….…….…..9 vii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 1.3. PROCESO DE CARBÓN EN COLUMNAS (CIC)……………...….….12. UN T. 1.3.1. ETAPA DE ADSORCIÓN..……………...………………….......14. 1.3.1.1. Carbón activado……………………………………..……..14. 1.3.1.2. Antiincrustante……………………………………….…….15. ica. 1.3.2. ETAPA DE LAVADO ÁCIDO………………..………………...16. ím. 1.3.2.1. Ácido nítrico………………………………………………16 1.3.2.2. Hidróxido de sodio………………………………………...18. Qu. 1.3.3. ETAPA DE DESORCIÓN………….…………………………...18. ría. 1.3.4. ETAPA DE REGENERACIÓN TÉRMICA….………..……….18. II.. nie. 1.4. IMPORTANCIA.………………….….……………………….…..............19. MATERIALES Y MÉTODOS.……….....……………..…………...….…….20. In ge. 2.1. MATERIAL DE ESTUDIO……………………...…..………...…………20 2.1.1. Universo muestral……………………………………………………20. de. 2.1.2. Muestra………………………………………………………………20 2.2. EQUIPOS Y MATERIALES.……………………………...……………..20. bli ot ec a. 2.3. REACTIVOS……………………………………………………………..21 2.4. MÉTODOS……………………………………………………………….22 2.4.1. Procedimiento experimental…. …………………….……22. Bi. 2.4.1.1. Análisis de carbonatos…………………………….....….…23. viii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 2.4.1.2. Precipitación de carbonatos en carbón...………………..….23. UN T. 2.4.1.3. Preparación de HNO3 diluido…………………………...…23. 2.4.1.4. Secado y homogenizado de carbón…………………...……24 2.4.1.5. Inicio de lavado ácido……………………………………...24. ica. 2.4.1.6. Análisis de carbonatos en carbón…………………………..25. RESULTADOS ……………..…….…………………………………………..26. Qu. III.. ím. 2.4.1.7. Análisis de resultados……………………………………...25. 3.1. Influencia del HNO3 diluido en la remoción de .carbonatos a. ría. concentración inicial de 13.8 g CaCO3/kg carbón………………...............…...26 3.2. Influencia del HNO3 diluido en la remoción de .carbonatos a. nie. concentración inicial de 19.5 g CaCO3/kg carbón……………….................….28. In ge. 3.2. Influencia del HNO3 diluido en la remoción de .carbonatos a concentración inicial de 26.2 g CaCO3/kg carbón……………………………..29 DISCUSIÓN…………………………………………………………………..33. V.. CONCLUSIONES……………………………...………….………….…...….35. VI.. RECOMENDACIONES………………..…………………………………….36. VII.. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………37. bli ot ec a. de. IV.. VIII. APÉNDICE……………………………………………………………………39 ANEXOS...……………………...……..……………………………..……..…46. Bi. IX.. ix. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. LISTADO DE TABLAS 2. UN T. Tabla 1: Índices de dureza del agua.. Tabla 2: Ventajas y desventajas del uso de ácido clorhídrico y nítrico en el lavado. ica. químico del carbón.. Tabla 3: Tipos de poros en el carbón activado y su influencia en el porcentaje de área. 14. ím. superficial.. 11. 15. Tabla 5: Especificaciones del fabricante para el antiincrustante Hisa 3234.. 16. Tabla 6: Especificaciones del fabricante para el ácido nítrico.. 17. ría. Qu. Tabla 4: Especificaciones del fabricante para el carbón Jacobi Gold granular.. de ácido requeridas en la prueba.. nie. Tabla 7: Volumen de ácido nítrico concentrado (mL) al 68.5% las diluciones. In ge. Tabla 8: Eficiencia de remoción de CO32- a concentración inicial de. 24. 26. 13.8 g CaCO3/kg carbón, tratado con HNO3 diluido a través del tiempo.. de. Tabla 9: Eficiencia de remoción de CO32- a concentración inicial de. 28. 19.5 g CaCO3/kg carbón, tratado con HNO3 diluido a través del tiempo.. bli ot ec a. Tabla 10: Eficiencia de remoción de CO32- a concentración inicial de. 30. 26.2 g CaCO3/kg carbón, tratado con HNO3 diluido a través del tiempo. Tabla 11: Cuadro general de eficiencia de remoción de CO32- con HNO3 diluido a. 31. Bi. través del tiempo.. x. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. concentraciones de ácido nítrico diluido.. Tabla A.2: Resultados del promedio de las eficiencias de remoción de carbonatos. ica. utilizando diferentes concentraciones de HNO3 diluido en el tiempo.. Tabla B.1: Análisis estadístico de los datos experimentales de eficiencia de remoción. ím. de carbonatos de baja concentración.. Qu. Tabla B.2: Análisis estadístico de los datos experimentales de eficiencia de remoción de carbonatos de media concentración.. 41. 42. 44. 45. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. Tabla B.3: Análisis estadístico de los datos experimentales de eficiencia de remoción de carbonatos de alta concentración.. 40. UN T. Tabla A.1: Resultados de análisis de determinación de carbonatos, usando diferentes. xi. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. LISTADO DE FIGURAS 1. UN T. Figura 1: Poza de solución lixiviada (PLS).. 3. Figura 3: Mecanismo de control de incrustaciones.. 6. ica. Figura 2: Mecanismo de formación y crecimiento de incrustaciones en cristales.. Figura 4: Mecanismo Threshold sobre el CaCO3, el antiincrustante ataca sitios. ím. positivos del cristal en crecimiento encontrado en las esquinas.. Qu. Figura 5: Dispersión de microcristales en forma de coloides.. 7. 8 9. Figura 7: Representación esquemática de los poros del carbón activado.. 9. ría. Figura 6: Estructura de los cristales sin el uso de un polímero y con uso de éste.. nie. Figura 8: Diagrama de flujo de la planta de carbón en columnas (CIC) en minera. 12. Barrick Misquichilca para la recuperación de oro.. 13. Figura 10: Carbón activado granular.. 15. Figura 11: Envases de ácido nítrico concentrado para uso en laboratorio.. 17. de. In ge. Figura 9: Diagrama de bloques del proceso carbón en columnas (CIC).. 18. Figura 13: Diagrama de bloques del procedimiento experimental para el análisis. 24. bli ot ec a. Figura 12: Horno de regeneración térmica (capacidad: 10 Tn carbón/día).. de carbonatos.. Figura 14: Influencia del tiempo de lavado con HNO3 a diferentes concentraciones,. 27. en la eficiencia de remoción de CaCO3 (13.8 g CaCO3/kg carbón). 29. Bi. Figura 15: Influencia del tiempo de lavado con HNO3 a diferentes concentraciones,. xii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. en la eficiencia de remoción de CaCO3 (19.5 g CaCO3/kg carbón).. en la eficiencia de remoción de CaCO3 (26.2 kg CaCO3/Tn carbón).. 30. UN T. Figura 16: Influencia del tiempo de lavado con HNO3 a diferentes concentraciones,. 32. ica. Figura 17: Influencia del tiempo de lavado con HNO3 a diferentes concentraciones, en la eficiencia de remoción de carbonatos al 13.8, 19.5 y 26.2 g CaCO3/kg carbón.. ím. Figura 18: Disposición de carbón activado.. Qu. Figura 19: Horno industrial para secado.. 47. 47 47. Figura 21: Pesado de muestra de carbón (50 g).. 48. ría. Figura 20: Preparación de diluciones de ácido nítrico (1%, 3% y 5%).. nie. Figura 22: Inicio de prueba en agitador de jarras.. 48 48. Figura 24: Luego de adicionar HCl y agua destilada, se lava y se afora en 500 mL.. 48. Figura 25: Inicio de titulación, color lila.. 48. Figura 26: Fin de titulación, color azul.. 48. de. In ge. Figura 23: Pesar 5 g de carbón activado.. 49. Figura 28: Etapa de desorción y lavado químico planta piloto.. 49. bli ot ec a. Figura 27: Planta piloto CIC.. 50. Figura 30: Tanque industrial de lavado ácido planta CIC.. 50. Figura 31. Concentración de carbonatos de calcio en solución a través del tiempo.. 51. Bi. Figura 29: Tanque industrial de ácido nítrico concentrado y diluido.. xiii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. INTRODUCCIÓN. UN T. El Perú es un país de antigua tradición minera, tradición que mantiene gracias a la presencia. de empresas líderes a nivel internacional, cuenta con un enorme potencial geológico debido. a la presencia de la cordillera de los andes a lo largo de todo el territorio nacional, que constituye una principal fuente de recursos minerales. Dentro de los principales metales que. ica. se pueden obtener a partir de dichos minerales tenemos el cobre, la plata, el zinc, el hierro y el oro, siendo este último el metal que su explotación se encuentra en aumento. Los. ím. mayores productores de oro en el Perú son Minera Yanacocha, ubicado en la ciudad de Cajamarca propiedad de Newmont Mining Corporation y Minera Barrick Misquichilca,. Qu. operación Lagunas Norte ubicado en la ciudad de Quiruvilca, La Libertad, propiedad de Barrick Gold Corporation.9, 10,19. ría. Para la recuperación de oro, el método más utilizado hasta la presente década fue el proceso Merrill Crowe, que consiste en la lixiviación de mineral con solución cianurada y su. nie. posterior precipitación con polvo de zinc. No obstante, debido a la disminución en las leyes de oro de los yacimientos, la nueva tendencia a recuperar éste metal es mediante el método. In ge. de carbón en columnas (CIC) que utiliza carbón activado para adsorber el oro y luego desorberlo.1. En Minera Yanacocha el proceso CIC inicia el mes de Agosto del 2002 y en Minera Barrick Misquichilca el mes de Agosto del 2013, siendo ésta planta una de las más. de. modernas a nivel nacional e internacional, dicho proceso consta de cuatro etapas; adsorción, lavado químico, desorción y regeneración térmica. En la primera etapa el oro es. bli ot ec a. depositado en la superficie del carbón, luego este carbón es lavado con ácido nítrico para eliminar impurezas tales como carbonatos, a diferencia de Minera Yanacocha que utiliza ácido clorhídrico, posteriormente es desorbido a temperatura y presión alta, para finalmente ser regenerado térmicamente eliminando incrustaciones orgánicas. 1,10,11 Dentro de los principales problemas que existen en el proceso CIC de Minera Barrick. Bi. Misquichilca es en la etapa de adsorción, donde la eficiencia del carbón activado va disminuyendo debido a la formación de carbonatos en la superficie del carbón. Por ello es xiv. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. importante que éste reactivo sea regenerado mediante un lavado químico con solución. UN T. de ácido nítrico diluido. Si bien es cierto que al utilizar mayor concentración de ácido nítrico mejora la eficiencia de remoción de carbonatos, existen desventajas relacionadas al. aspecto ambiental, por la generación de gases causantes del efecto invernadero, lluvias ácidas y mayor generación de sólidos a causa de la neutralización con hidróxido de sodio.2. ica. En función a lo mencionado anteriormente se vió la necesidad de ejecutar este trabajo de investigación para determinar la concentración adecuada de ácido con el objetivo de. ím. incrementar la eficiencia del proceso de lavado químico y disminuir el costo de consumo de este reactivo, asimismo evaluar el tiempo de residencia adecuado para asegurar el buen. Qu. contacto carbón/ácido e identificar la influencia de la concentración de ácido nítrico, sobre. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. la eficiencia de remoción de carbonatos.1,2. xv. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. I. 1.1. UN T. FUNDAMENTO TEÓRICO GENERALIDADES. El proceso CIC desarrollado en minera Barrick Misquichilca consiste en el tratamiento de. ica. soluciones de baja ley de oro y plata. Esta solución proveniente de la poza de solución lixiviada (PLS), es acondicionada con cal para regular el pH antes de ingresar a la etapa. ím. de adsorción (Figura 1). El circuito de adsorción consiste en cinco columnas, dentro de. In ge. nie. ría. Qu. las cuales se adiciona 10 Tn de carbón activado en cada una.1. Figura 1. Poza de solución lixiviada (PLS).. La operación inicia con el bombeo de flujo desde la PLS hacia las columnas de adsorción.. de. La solución final de esta etapa pobre en oro se le denomina solución barren, que retorna nuevamente al circuito de lixiviación. El carbón rico en oro es transferido al circuito de lavado ácido para la eliminación de incrustaciones haciendo uso de ácido nítrico diluido,. bli ot ec a. con el objetivo de reutilizar el carbón en el circuito de adsorción antes mencionado. Este. carbón libre de incrustaciones es luego transportado al tanque de desorción, donde se despoja el oro. Finalmente este carbón es transferido al circuito de regeneración térmica, que consiste en someter el carbón a calentamiento gradual hasta los 900°C, para eliminar. Bi. sustancias orgánicas adsorbidas.1. 1 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. Dentro de los principales problemas que afecta el proceso CIC, es la precipitación de. UN T. carbonatos en el carbón activado durante la etapa de adsorción, a causa de la excesiva dureza del agua de operación, que causa disminución en la eficiencia en la adsorción del carbón activado.2. ica. 1.1.1. DEFINICIÓN DE DUREZA. La dureza del agua se define como la concentración de todos los cationes metálicos no. ím. alcalinos (iones de calcio, estroncio, bario y magnesio en forma de carbonatos o bicarbonatos), se expresa en equivalentes de carbonato de calcio y constituye un. Qu. parámetro muy significativo en la calidad del agua. Esta cantidad de sales genera una serie de problemas de incrustación en equipos industriales y domésticos, además de. ría. resultar nocivo para el consumo humano.3. De acuerdo a la concentración de carbonatos contenidos en el agua, ésta puede. nie. clasificarse en niveles de dureza, la tabla N° 1 indica las cantidades de éstas sales.3. In ge. Tabla 1. Índices de dureza del agua. 3 ppm de CaCO3. Muy suaves. 0 – 15. Suaves. 16 – 75. Medias. 76 – 150. Duras. 150 – 300. Muy duras. Mayor a 300. bli ot ec a. de. Denominación. La carga positiva de los cationes sólidos se balancea con la presencia de aniones, de los cuales los más influyentes son los bicarbonatos [HCO3-] y los carbonatos [CO32-]. Estos. aniones tienen su origen en el dióxido de carbono [CO2] disuelto de manera natural en el. agua. 4. Bi. Los iones de signo opuesto se unen entre sí mediante enlaces iónicos siguiendo un esquema regular y ordenado que se manifiesta bajo la forma de un cristal, siendo éstos los responsables del aspecto sólido y consistente de las sales. 4 2. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.1.2. FORMACIÓN DE LAS INCRUSTACIONES 8. UN T. Tres condiciones son necesarias para la formación de las incrustaciones:. Sobresaturación, que ocurre cuando los iones disueltos tales como Ca2+, CO32-, Na1+, Ba2+ y SO42- incrementan su concentración a niveles que exceden los límites. Aceleración. cinética,. Shocks. de. ica. normales de solubilidad del agua del proceso. temperatura,. fuerzas. mecánicas. o. hidrodinámicas, condiciones de pH óptimas, y súbitos cambios en la presión. ím. podrían todos acelerar la cinética de la formación de incrustación.. Superficie óptima; superficies no uniformes encontradas en los tubos de los. Qu. intercambiadores de calor por ejemplo, alambres, pantallas o mallas, etc. Estos sirven como óptimos “sustratos” que promueven la adherencia de los. ría. microcristales inorgánicos y permiten la construcción de la incrustación. En la Figura N° 2 se observa el proceso completo de la formación de las. de. In ge. nie. incrustaciones descrito como una serie de etapas.. bli ot ec a. Figura N° 2. Mecanismo de formación y crecimiento de incrustaciones en forma de cristales. 8. Primero, las especies catiónicas y aniónicas, tales como Ca2+ y CO32-, forman el par iónico en solución. Este par entonces llega a micro agregarse, y estos microagregados llegan a nuclearse formando el centro para la cristalización. Microcristales son formados en la solución, por aglomeración y/o adsorción de la superficies en. Bi. crecimiento para forman grandes cristales. Estos macrocristales continúan en crecimiento adhiriéndose a las superficies formando una película de incrustación que termina en depósitos. 3. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.1.3. FORMACIÓN DEL CaCO3 4. UN T. Las aguas naturales contienen cantidades significativas de CO2 disuelto como resultado tanto de la disolución del dióxido de carbono atmosférico como de la descomposición. anaeróbica de la materia orgánica. La solubilidad del CO2 en al agua pura a 25°C es de. ica. 1,45 g/L, demostrando su gran solubilidad en el agua fría.. Este CO2 que penetra en el agua genera, en primera instancia, ácido carbónico (H2CO3). ím. el cual rápidamente entra a formar parte del complejo equilibrio ácido-base en el que participan las diferentes formas carbonatadas presentes en el agua. Así pues, la química. Qu. de los procesos ácido-base de un agua natural está dominada por la presencia del ion carbonato, CO32- , que es una base moderadamente fuerte, así como del ácido débil H2CO3, y de sus interrelaciones. Aunque en un agua la mayor parte del CO2 disuelto. ría. está como CO2 rodeado de moléculas de agua, parte estará en la forma de ácido carbónico, de tal forma que cuando se habla en general de ácido carbónico se asume. nie. también la parte del gas disuelta (CO2(aq)), a pesar de que es esta última la forma mayoritaria en la que se encuentra. Así, podemos escribir la primera reacción de. In ge. equilibrio que tiene lugar cuando el CO2 pasa a la fase acuosa: CO2(g) + H2O(l). H2CO3(aq). Una vez formado, el ácido carbónico se disocia parcialmente para dar bicarbonato y. de. protones:. H2CO3. HCO3- + H+. Aunque desde un punto de vista más formal deberíamos de decir que el CO2 disuelto,. bli ot ec a. que es un ácido de Lewis, hidroliza al agua dando protones al medio, según el proceso: CO2(aq) + H2O(l). HCO3- (aq) + H+ (aq). La fuente mayoritaria de bicarbonato en un agua natural no es este proceso en sí, sino el. proveniente del lavado de rocas calizas que hace que parte del carbonato que contienen pase al agua, aumentando de forma natural el pH de estas aguas, ya que hidroliza. Bi. parcialmente al agua dando OH‒, lo que lo convierte en una base moderadamente. fuerte. CO32- + H2O. HCO3- + OH4. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. Las aguas naturales expuestas a la caliza se denominan aguas calcáreas, ya que su. UN T. contenido en carbonatos/bicarbonatos es notable. De esta forma, estas reacciones implican equilibrios que tienen lugar entre tres fases: aire, agua y rocas.. Generalmente, el rango de pH de las aguas naturales varía entre 7 y 9. Sin embargo, fenómenos como la lluvia ácida pueden llevar a pH algo inferiores debido a la. ica. acidificación de las mismas. Así, el 80% de las aguas superficiales tienen valores de pH entre 6,0 y 8,4.. ím. En la actividad minero – metalúrgica es necesario incrementar estos niveles de pH, ya que a estas condiciones de pH se generaría gas cianhídrico, producto de la hidrólisis del. Qu. cianuro.. Este proceso de adición de cal reacciona formando precipitación de carbonatos de calcio debido al radical hidroxilo proveniente de la cal que convierte el CO2 y HCO3- en CO32-,. ría. precipitándose en CaCO3, como se muestra en las siguientes reacciones:. nie. Ca(OH)2  Ca2+ + 2OHCa(OH)2 + 2CO2  Ca(HCO3)2. In ge. O en forma iónica:. 2OH- + 2CO2  2HCO3-. de. Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2  2CaCO3. + 2H2O. 2OH- + 2HCO3-  2CO32- + 2H2O. bli ot ec a. La cal reacciona con los bicarbonatos solubles de calcio y magnesio, y forman carbonato de calcio e hidróxido de magnesio en menor proporción siendo éstos. Bi. insolubles.. 5 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Escuela de Ingeniería Química. 1.2. Universidad Nacional de Trujillo. MÉTODO DE CONTROL DE PRECIPITACIÓN DE CARBONATOS EN. UN T. ….PLANTA:. En Minera Barrick Misquichilca dos son los métodos usados para el control de incrustaciones de sales (CaCO3); éstos son: Método de inhibición con antiincrustante.. ica. Método de remoción de los carbonatos por medio de lavado ácido. 1.2.1. MÉTODO DE INHIBICIÓN 8. ím. Los productos químicos empleados en el control de las incrustaciones incluyen componentes del tipo polímeros, fosfatos, fosfonatos y quelantes; pero debido al uso de. Qu. grandes volúmenes de solución en flujo continuo y con alta concentración sales tales como carbonatos, silicatos y sulfatos de calcio, el tiempo de residencia a lo largo del proceso es a veces insuficiente para poder tener una mezcla homogénea, obteniendo baja. ría. eficiencia en el proceso de inhibición de carbonatos, de ahí la necesidad de utilizar reactivación química o lavado químico de este carbón utilizado para recuperar su. nie. capacidad de adsorción y poderse utilizar nuevamente en el proceso. En minera Barrick Misquichilca este método de prevención consiste en la aplicación de. In ge. antiincrustante Hisa 3234 durante la etapa de adsorción a flujo continuo y con concentración al 50%, la figura 3 nos muestra los mecanismos por los cuales estos. Bi. bli ot ec a. de. productos trabajan en el control de las incrustaciones.. Figura N° 3. Mecanismo de control de las incrustaciones.8 6. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.2.1.1. Inhibición – efecto Threshold. difusión de los iones Ca2+ y CO32-. UN T. Los microcristales que incrementan de tamaño llegan a ser microcristales a través de la. a la superficie del cristal en crecimiento y la. incorporación de estos iones en los sitios activos libres de este microcristal. Es posible impedir significativamente la velocidad de la formación de la incrustación bloqueando u. ica. ocupando estos sitios activos con una “impureza”, haciendo uso del antiincrustante (antiscale). Esta es la clave para el proceso de inhibición Threshold. Contraria a la descripción. ím. popular de inhibición Threshold como “antinucleación”, la función de este reactivo es “congelar” el crecimiento de los microcristales justo después de la nucleación. Esto. Qu. previene el crecimiento del cristal y la continuación del mecanismo de formación de la incrustación.. ría. En resumen la inhibición Threshold es la habilidad de un antiincrustante de mantener. nie. soluciones sobresaturadas de sales pocos solubles en solución. Los grupos negativos localizados en la molécula del antiincrustante ataca la carga positiva de los cristales en crecimiento formados a nivel submicroscópicos. In ge. interrumpiendo el balance iónico que es necesario para la propagación del crecimiento. Bi. bli ot ec a. de. del cristal, la figura 4 nos muestra el mecanismo Threshold sobre el CaCO3.. Figura N° 4. Mecanismo Threshold sobre el CaCO3, el antiincrustante ataca sitios positivos del cristal en crecimiento encontrado en las esquinas.8 7. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.2.1.2. Dispersión. UN T. Los compuestos aniónicos interrumpen el mecanismo de formación de incrustación por debido a que interfieren en la aglomeración y el camino de adsorción de los cristales en crecimiento.. ica. Los dispersantes aniónicos logran esto por adsorción en los cristales en crecimiento, incrementando la carga aniónica de los cristales en crecimiento y la fuerza de repulsión. ím. electrostática entre estos cristales. Una alta superficie aniónica incrementa la barrera de energía entre los cristales en crecimiento, lo cual produce una moderada dispersión en. Qu. forma de microcristales coloidales. La figura 5 nos muestran como estos compuestos dispersantes previenen la incrustación debido a que retardan el crecimiento de los. de. In ge. nie. ría. cristales, los más usados son aquellos polímeros con grupos carboxílicos.. Figura N° 5. Dispersión de microcristales en forma de coloides.8. bli ot ec a. 1.2.1.3 Distorsión y modificación de cristales Compuestos que afectan el orden y las reacciones de crecimiento de cristales pueden ser considerados como agentes distorsionadores o modificadores de cristales. La interferencia con el normal crecimiento del cristal produce una estructura irregular con. Bi. una pobre habilidad para formar cristales. El concepto de distorsión de cristales es ampliamente publicitado en las literaturas con fotografías de estructuras naturales y estructuras distorsionadas. Algunos de los polímeros distorsionadores de cristal tienen efecto Threshold y otros efectos dispersantes (Figura 6). 8. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Universidad Nacional de Trujillo. Qu. ím. ica. UN T. Escuela de Ingeniería Química. 1.2.2. MÉTODO DE REMOCIÓN. ría. Figura N° 6. Estructura de los cristales sin el uso de un polímero y con el uso de éste.8. nie. El carbón activado tiene contacto con una gran variedad de especies que pueden adsorberse en los circuitos de lixiviación, debido a ésto es que se ve afectado la superficie externa, los. In ge. macro y microporos, los cuales continúan acumulándose de impurezas, afectando progresivamente la capacidad de adsorción, la figura 7 nos muestra los poros del carbón. bli ot ec a. de. activado.. Bi. Figura N° 7. Representación esquemática de los poros del carbón activado.1. 9 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. Las incrustaciones inorgánicas que se depositan en el carbón activado son:. UN T. Sales de calcio, principalmente carbonatos y en menor proporción sulfatos. Sales de magnesio y sodio.. Minerales finos atrapados en los macro y mesoporos del carbón como sílica, silicatos. ica. y aluminatos.. Precipitados de metales básicos provenientes de la solución lixiviante.. ím. Para concentraciones de Ca2+ menores al 1% no se afecta la eficiencia de lavado si se aumenta la concentración del ácido, sin embargo, si las concentraciones de Ca2+ son. Qu. superiores al 2% se produce mejores resultados al incrementarse la concentración del ácido.2. ría. En general, un lavado químico es capaz de remover entre el 80 y 95% del carbonato de calcio adsorbido en el carbón. Otras sales, como las de sodio y magnesio, se remueven. nie. en menor proporción. Sin embargo, debido a que sus concentraciones son generalmente bajas, su efecto en la modificación de la capacidad de adsorción del carbón es mínimo.2. In ge. La eficiencia para remover sales inorgánicas durante el lavado ácido depende de la efectividad del contacto entre el carbón y el ácido. En consecuencia, se requiere establecer cuidadosamente el tiempo de residencia en el proceso para lograr remover de manera óptima estas sales. Las concentraciones HNO3 varían entre 1 y 10%,. de. dependiendo de la cantidad de incrustaciones inorgánicas cargadas en el carbón activado y de las condiciones de lavado.2. bli ot ec a. En la industria minera se utiliza ácido clorhídrico por su bajo costo y facilidad de manejo, pero otras plantas prefieren el uso del ácido nítrico ya que presenta mejores. Bi. beneficios. En la Tabla N° 2 se muestra un cuadro comparativo entre estos dos ácidos.4. 10 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. VENTAJAS. Ácido Nítrico. 1. Evita problemas de corrosión. 2. Mayor eficiencia de remoción. 3. Remueve tanto mercurio …como plata.. ica. 1. No remueve mercurio ni la plata. 2. Genera problemas de corrosión por …presencia de iones cloruro. 3. Menor eficiencia de remoción de …carbonatos 1. Pueden ocasionar desactivación y …oxidación de las superficies de …carbón. 2. Produce gases causantes del efecto ….invernadero y lluvias ácidas. 3. Causa quemaduras.. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. (HNO3). 1. Bajo Costo 2. Facilidad de manejo. 3. Se aplica a temperatura …ambiente y superiores hasta …85°C.. Qu. (HCl). DESVENTAJAS. ím. ACIDO. Ácido Clorhídrico. UN T. Tabla 2. Ventajas y desventajas del uso de ácido clorhídrico y ácido nítrico en el lavado químico del carbón.2. 11 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.3. PROCESO CARBON EN COLUMNAS (CIC) 1, 5, 7, 11. UN T. El producto de la solución lixiviada de minerales de oro y plata de baja ley generados en la. operación de lixiviación en pilas, están prácticamente libres de sólidos suspendidos, en tales operaciones, la solución rica o madre es puesta en contacto con carbón activado, en columnas. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. de adsorción. Ver Figura 8.. Figura 8. Diagrama de flujo del proceso carbón en columnas (CIC) en minera. Bi. Barrick para la recuperación de oro.1. 12 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. El buen contacto sólido - líquido es logrado mediante la fluidización de las partículas de. UN T. carbón en la columna. La solución rica o madre es alimentada a la primera columna que contiene el carbón más cargado de oro y sale como solución empobrecida de la última columna.. La solución rica fluye hacia arriba, fluidizando el carbón suavemente dentro de la. ica. columna. Cuando el flujo de la solución atraviesa el lecho fluidizado se consigue un excelente contacto sólido-líquido. La solución ingresa a la primera columna por la parte. ím. inferior, que contiene el carbón más cargado de oro, luego pasa a la siguiente y sale de la última columna que contiene carbón más fresco. A continuación se presenta el. ría. Solución lixiviada. Qu. diagrama de bloques del proceso CIC, el cual involucra cada una de sus etapas.. Solución rica Carbón regenerado. nie. Solución pobre o barren. In ge. Adsorción en columnas. Ácido nítrico. Lavado Ácido. de. diluido. Solución de. bli ot ec a. elución. Desorción en tanque. Regeneración térmica. Solución neutralizada. Carbón desorbido. A Planta Merrill Crowe. Bi. Figura 9. Diagrama de bloques del proceso carbón en columnas (CIC) 1. 13 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.3.1. ETAPA DE ADSORCIÓN. UN T. En el proceso de adsorción, las especies de cianuro de oro y plata, principalmente Au(CN)2- y Ag(CN)2- , se adsorben en las superficies internas y externas del carbón. activado. La solución rica se dirige a través de los lechos de carbón, mediante flujo. ascendente en series de cinco etapas. La solución con mayor concentración de oro entra. ica. en contacto con el carbón de la primera columna; de la misma manera, esta solución que sale con menor concentración de metales entra en contacto con el carbón de la segunda. ím. columna, siguiendo este procedimiento hasta que la solución sale por la quinta columna. En el proceso de adsorción contracorriente, la solución rica se vuelve estéril o pobre y el. Qu. carbón se vuelve rico en valores de oro y plata.. ría. 1.3.1.1 Carbón activado:. Carbón activado es un término genérico para una familia de materiales carbonáceos. nie. de alta porosidad, que no puede ser caracterizado por una fórmula estructural o por análisis químico; en la que el ancho de los poros está en el rango de 3 a muchos miles de amstrongs, los cuales son generalmente clasificados por conveniencia en términos. In ge. de sus diámetros. Tabla N° 3.. Tabla N°3. Tipos de poros en el carbón activado y su influencia en el porcentaje del. de. área superficial.5. Contribución al área Radio (Å). superficial (%). Macro poros. 50 - 20000. Muy poco. Meso poros. 100 - 500. 5. Micro poros. 8 - 100. 95. bli ot ec a. Tipos. En minera Barrick se utiliza carbón activado marca Jacobi Gold (figura 10, tabla 4), su. procedencia es del país de Suecia y está fabricado en base a cáscara de coco, con. Bi. granulometría entre 0.85 - 3.5 mm (6 - 20 mallas).. 14 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Universidad Nacional de Trujillo. ím. ica. UN T. Escuela de Ingeniería Química. Qu. Figura 10. Carbón activado granular.. Tabla N°4. Especificaciones del fabricante para el carbón JACOBI GOLD granular.. ría. Propiedades físicas y químicas. nie. 1. Forma / color: 2. Densidad aparente (g/l) : 3. Solubilidad :. In ge. 4. Valor de pH:. 5. Temperatura de ignición (°C): 6. Productos de descomposición peligrosos:. 350- 750 Insoluble 6 - 10 >350 CO, CO2 < 0.5. de. 7. Conc. CaCO3 inicial (g carbonatos/kg carbón) :. Sólido / negro. bli ot ec a. 1.3.1.2. Antiincrustante: El antiincrustante utilizado en esta etapa es marca Hisa 3234, el proveedor de este reactivo es Hidroquímica Industrial S.A. La aplicación de este reactivo es durante el circuito de adsorción al 50% de concentración y con flujo de operación de 800 ml/min. A continuación se presenta la Tabla N° 5 indicando las propiedades del. Bi. reactivo. Anexo 10.. 15 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. Tabla N°5. Especificaciones del fabricante para el antiincrustante HISA 3234.. 2. Densidad (g/ml). 1.15 – 1.20. 3. pH:. 2-3. 4. Apariencia:. Líquido. ica. 100 %. ím. 1.Solubilidad en agua:. UN T. Propiedades físicas y químicas. 1.3.2. ETAPA DE LAVADO ÁCIDO. Qu. El carbonato de calcio que a menudo precipita en los poros del carbón durante la etapa de adsorción es removido mediante un lavado químico en esta etapa. En Minera Barrick. ría. esta etapa se realiza con HNO3 diluido al 5% con un tiempo residencia entre 3 - 5 horas.11. nie. Este proceso mejora la cinética de desorción, asimismo ayuda en la remoción de algunos metales base, como el cobre, zinc y níquel, cargados en el carbón. Se debe lavar. In ge. muy bien con agua el carbón antes de iniciar el proceso de lavado, para evitar la generación de gas cianhídrico (HCN).11 1.3.2.1.. Ácido nítrico. de. El ácido nítrico es un ácido fuerte, corrosivo y de vapores sofocantes; su forma común en la naturaleza corresponde a sales del tipo (X(NO3)n). Es un líquido incoloro. bli ot ec a. o amarillento pero puede llegar a tomar coloraciones rojizas si contiene suficiente cantidad de dióxido de nitrógeno disuelto. Posee un olor irritante muy fuerte en concentraciones altas. Es completamente soluble en el agua formando un azeótropo a 69,2% de contenido de ácido. Este ácido tiene un grado industrial de 68 – 70%.. En la Tabla N°6 se presenta las. Bi. características de este producto. Anexo 11.. 16 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. Tabla N° 6. Especificaciones del fabricante para el ácido nítrico.. UN T. Propiedades físicas y químicas Líquido. 2. Apariencia:. Incoloro a ligeramente amarillento. 3. Olor:. Olor característico, sofocante. 4. Punto de ebullición / fusión (°C) :. 122 / -41. 5. Densidad al 68.5% (g/ml) :. 1.4. 6. Solubilidad en agua (%):. 100. Qu. ím. ica. 1. Estado físico:. El ácido nítrico concentrado es expedido para uso a nivel de laboratorio en envases de plástico de 40 litros de capacidad, y a nivel industrial el despacho se realiza mediante una. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. cisterna de 20 m3 que son descargados en la misma planta CIC.12. Bi. Figura 11. Envases de ácido nítrico concentrado para uso en laboratorio.. 17 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.3.2.2. Hidróxido de sodio:. UN T. Para que la solución al final del lavado ácido pueda ser drenada, esta solución. tiene que ser neutralizada a (pH = 7), para ello se utiliza hidróxido de sodio. preparado en un tanque de 20 m3 a la concentración del 20%. El proveedor de este. ica. reactivo es MTB Tecnología. 1.3.3. ETAPA DE DESORCIÓN. ím. En esta etapa el carbón activado es desorbido con una solución que contiene 0.030.05% de NaCN y 0.2-0.3% de NaOH a 135-150°C y 50-60 psi. Esta solución. Qu. pasa a través del lecho del carbón, y se le denomina “super - rica” que es almacenada en un tanque de almacenamiento para su posterior transferencia hacia de reactivos.6. ría. la planta Merrill Crowe. El uso de alta presión y temperatura reduce el consumo. nie. 1.3.4. ETAPA DE REGENERACIÓN TÉRMICA El carbón desorbido debe ser reactivado térmicamente antes de ser utilizado. In ge. nuevamente en la adsorción. Este proceso se realiza en un horno horizontal a temperaturas de 200 a 600 °C. El proceso de reactivación elimina impurezas como Fe2+, S, NaOH y reactivos orgánicos que podrían envenenar el carbón, disminuyendo su eficiencia. Después de su reactivación, el carbón puede ser. Bi. bli ot ec a. de. reutilizado durante unos 10 a 12 ciclos aproximadamente.. Figura 12. Horno de regeneración térmica. (Capacidad 10 Tn carbón/día).. 18 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 1.4. IMPORTANCIA 10, 12, 17. UN T. El carbón cargado obtenido en la etapa de adsorción presenta incrustaciones de carbonatos de. calcio debido a la reacción de la cal que se utiliza para regular el pH, contaminando el carbón activado y disminuyendo de esta manera las propiedades de adsorción del carbón activado. El carbonato al precipitarse en la superficie del carbón forma una capa delgada como una. ica. película que prácticamente elimina el contacto entre el carbón y la solución con lo cual. ím. disminuye drásticamente la capacidad del carbón.. Para que el complejo aurocianuro ( Au(CN)2- ) adsorbido en el carbón pueda ser desorbido,. Qu. debe de pasar por la etapa de lavado ácido para eliminar las incrustaciones de carbonatos que no fueron inhibidas por el antiincrustante usado en la etapa de adsorción así como de algunos metales base tales como cobre, zinc y níquel, de esta manera permitiendo una mayor. ría. eficiencia en la desorción del carbón activado y un mayor porcentaje de recuperación de. nie. carbón en la etapa de regeneración térmica.. En la etapa de lavado ácido de la Planta Industrial se lava diariamente 10 Tn de carbón cargado por batch, utilizándose en cada lavado aproximadamente 17.20 m3 de ácido nítrico. In ge. diluido al 5%. El costo anual de ácido nítrico es mayor a 400,000.00 USD, el cual es uno de los reactivos con mayor influencia en costos de este proceso al igual que el Hidróxido de sodio y el carbón activado, de ahí que radica la importancia de poder escoger una concentración adecuada para que la columna de lavado ácido sea lo más eficiente posible y. de. poder regenerar la mayor cantidad de carbón (Anexo 15). Además la concentración de ácido nítrico es proporcional al consumo de hidróxido de sodio. bli ot ec a. y proporcional también a la generación de sólidos debido a la neutralización, por lo tanto al disminuir el consumo de ácido estaríamos no solo ahorrando hidróxido de sodio sino también disminuyendo la formación de solidos disueltos tales como el nitrato de sodio (NaNO3) y nitrato de calcio Ca(NO3)2, teniendo un beneficio no solo económico sino también ambiental, ya que de esta manera reduciríamos los sólidos presentes en esta etapa y seguiríamos con el. Bi. cumplimiento de los límites máximos permisibles de sólidos totales en efluentes mineros ya establecidos.. 19 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. II. 2.1.. UN T. MATERIALES Y MÉTODOS MATERIAL DE ESTUDIO. ica. 2.1.1. Universo Muestral:. Se empleó 06 kg de carbón activado virgen, precipitado a 3 diferentes concentraciones de carbonatos; baja, media y alta (13.8, 19.5 y 26.2 g CaCO3/kg. ím. carbón respectivamente). Este carbón es marca Jacobi Gold de procedencia Sueca,. Minera Barrick Misquichilca S.A.. ría. 2.1.2 Muestra:. Qu. con tamaño de grano entre 0.85 – 3.5 mm (6 – 20 malla), proporcionado por. Se homogenizó el carbón mediante el método del cuarteo que consiste en dividir. nie. cuatro partes iguales A, B, C, D la muestra, luego se eliminan las partes opuestas A y C o B y D, repitiendo esta operación hasta dejar un mínimo de 50g, los cuales. 2.2.. In ge. serán tomados para realizar cada prueba.. EQUIPOS Y MATERIALES a) Materiales de vidrio:. de. 3 Fiolas PYREX de 1000 mL 12 Matraces erlenmeyer PYREX de 100 mL 1 Pipeta graduada PYREX de 1 mL. bli ot ec a. 1 Pipeta graduada PYREX de 10 mL 1 Pipeta graduada PYREX de 50 mL 12 vasos de precipitación PYREX de 250 mL 36 vasos de precipitación PYREX de 500 mL 1 balón de fondo plano PYREX de 500 mL. Bi. 1 depósito de vidrio color ambar PYREX para bureta de 2000 mL 1 bureta automática PYREX de 50 mL. 20 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. b) Otros materiales:. UN T. Pizeta Bandeja metálica Respirador para gases tóxicos. Cronómetro marca Casio. Etiquetas con rombo de seguridad Soporte universal. Qu. Pinzas. ím. Lentes de seguridad. ica. Guantes de látex. c) Equipos:. Agitador para prueba de jarras marca Phipps & Bird, 1 – 3000 rpm.. ría. Agitador magnético analógico marca Ika. 1 – 1500 rpm.. nie. Balanza Analítica marca Mettler Toledo, 0.0001g, capacidad 51 g. Turbidímetro marca Hach 2100 k.. pH metro. Termo scientific Orion 3 Star.. In ge. Campana extractora de gases. Horno industrial para secado. Proveedor Hornos e incineraciones S.A. Temp. max.: 177°C. Calentamiento eléctrico.. 2.3.. de. Bomba al vacío marca Beltec. Desplazamiento vacío 40 l/min.. REACTIVOS. bli ot ec a. Ácido nítrico al 68.5%. Proveedor Elmer Jo Anaya S.A. Carbón activado marca Jacobi. Procedencia Sueca. Ácido etilendiaminotetraacético o sal EDTA (Q.P) Hidróxido de sodio en pellets (Q.P) Negro de eriocromo T (Q.P). Bi. Cianuro de sodio sólido (Q.P) Ácido clorhídrico (Q.P) Cloruro de magnesio hexahidratado (Q.P) 21. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 2.4.. UN T. Agua destilada. MÉTODOS 2.4.1. Procedimiento experimental:. ím. Análisis de carbonatos en carbón virgen. ica. En la figura 13 se muestra el procedimiento experimental de la investigación.. Carbón activado virgen. Preparación de ácido nítrico diluido. Precipitación de carbonatos en carbón virgen. Solución proveniente de la poza de lixiviación:. Qu. HNO3 cc. (68.5%) Agua destilada. -. nie. In ge. Análisis de concentración de ácido nítrico. ría. [Au(CN)2 ] = 0.65 ppm pH = 10.5. T = 8 °C. Lechada de cal Análisis de carbonatos en carbón activado. Inicio de lavado ácido en vaso de precipitación Tiempo de residencia. (1, 3, 5 y 7 horas). Velocidad de agitación. (100 rpm). Análisis de concentración de carbonatos. Bi. bli ot ec a. de. Secado y homogenizado del carbón activado. Figura 13. Diagrama de bloques del procedimiento experimental realizado durante la investigación. 22. Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Trujillo. 2.4.1.1. Análisis de carbonatos:. UN T. Se determinó los carbonatos presentes en el carbón activado virgen mediante el método de determinación de carbonatos en muestras de carbón activado. Anexo 6.. ica. 2.4.1.2. Precipitación de carbonatos:. La precipitación de carbonatos en el carbón virgen se realizó haciendo uso de. ím. solución proveniente de la poza de lixiviación con lechada de cal. Se analizó la concentración de carbonatos al inicio mediante el método de. Qu. determinación de carbonatos en muestras líquidas. Anexo 6. En tres recipientes (20 litros de capacidad cada uno) se colocó 2 kg de carbón activado, adicionándole 10 litros de solución con lechada de cal previamente. ría. analizada en concentración de CaCO3.. Se monitoreó la concentración de carbonatos en esta solución para poder. Anexo 4.. nie. determinar la precipitación de carbonatos en carbón a través del tiempo.. In ge. Se precipitó carbonatos a las concentraciones de 13.8, 19.5 y 26.2 g CaCO3/kg carbón.. de. 2.4.1.3. Preparación de ácido nítrico diluido:. bli ot ec a. Se preparó ácido nítrico diluido a las concentraciones de 1%, 3% y 5%, a partir de ácido al 68.5%. Para realizar esta dilución se necesitó las densidades del ácido nítrico diluido a diferentes concentraciones. Anexo 5.. La tabla N° 9 nos muestra la cantidad de ácido nítrico concentrado que se utilizó para. Bi. preparar 1 litro de las diluciones requeridas (1%, 3% y 5%).. 23 Abel Trujillo Vera. Joel Sánez Mendoza. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.