Influencia del pH y la concentración de hierro (III) en la extracción por solventes de cobre con acorga ®M5640 de soluciones lixiviadas de cobre

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ría. Q. uí m. ica. ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA. ie. “INFLUENCIA DEL pH Y LA CONCENTRACIÓN DE HIERRO (III) EN LA. en. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES DE COBRE CON ACORGA ®M5640 DE SOLUCIONES LIXIVIADAS DE COBRE”. In g. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. de. INGENIERO QUÍMICO AUTORES:. Br. LÓPEZ BACILIO, SARA ANDREA. Bi b. lio te. ca. Br. SOLANO GAVIÑO, VICTOR ALBERTO. ASESOR: Dr. WILSON REYES LAZARO. COASESOR: MSc. AGUSBERTO CORTIJO GARCÍA. TRUJILLO – PERÚ 2017. 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. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ría. Q. uí m. ica. ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA. ie. “INFLUENCIA DEL pH Y LA CONCENTRACIÓN DE HIERRO (III) EN LA. en. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES DE COBRE CON ACORGA ®M5640 DE SOLUCIONES LIXIVIADAS DE COBRE”. In g. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. de. INGENIERO QUÍMICO AUTORES:. Br. LÓPEZ BACILIO, SARA ANDREA. Bi b. lio te. ca. Br. SOLANO GAVIÑO, VICTOR ALBERTO. ASESOR: Dr. WILSON REYES LAZARO. COASESOR: MSc. AGUSBERTO CORTIJO GARCÍA. TRUJILLO – PERÚ 2017. 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. Q. Ing. Ernesto Segundo Wong López. uí m. ica. JURADO CALIFICADOR. In g. en. ie. ría. Presidente. Dr. Nelson Willians Farro Pérez. Bi b. lio te. ca. de. Secretario. Dr. Wilson Reyes Lázaro 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/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. uí m. vida, nuestro guía y protector.. ica. A Dios por ser en cada momento de nuestra. A nuestros amados padres, por su sacrificio y apoyo incondicional; que gracias a sus. Q. consejos y valores inculcados formaron a las personas que somos hoy. Que Dios los tenga. ie. ría. unidos por siempre.. en. A nuestros hermanos, familiares y amistades por su apoyo, por compartir juntos momentos buenos y difíciles durante nuestra formación. Bi b. lio te. ca. de. In g. y enseñarnos a ser mejores personas cada día.. A nuestro asesor, Dr. Wilson Reyes Lázaro por su tiempo, dedicación y ayuda para la elaboración del presente trabajo.. A la Universidad Nacional de Trujillo, nuestra alma máter, nos sentimos dichosos de habernos formado profesionalmente en sus aulas.. Sara López y Víctor Solano. 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. AGRADECIMIENTOS. ica. Deseamos expresar nuestra gratitud al Laboratorio de Investigación 3 de la Facultad de. uí m. Ingeniería Química por brindarnos lo necesario para la realización de esta tesis.. A nuestro asesor de tesis Dr. Wilson Reyes Lázaro por su valiosa colaboración, constante orientación y dedicación en el desarrollo de este trabajo de investigación. Su enseñanza. Q. nos permitió definir las ideas con claridad y atar los cabos sueltos con mayor facilidad. Y. ría. motivación personal que nos brindó en el transcurso del desarrollo del mismo. También al Ing. Agusberto Cortijo García, por la confianza y el incentivo a nuestro desarrollo. ie. profesional permitiendo la realización de esta Tesis.. In g. cumplir con nuestras metas.. en. Del mismo modo, al Ing. Edgar Ricce, por su orientación y colaboración que nos permitió. Finalmente, a los docentes de la Facultad de Ingeniería Química, que dejaron huella con. de. su vehemencia e ímpetu en el desarrollo de sus cursos.. ca. ¡Muchas Gracias!. Bi b. lio te. Sara López y Víctor Solano. 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. ÍNDICE. ica. DEDICATORIA ......................................................................................................II AGRADECIMIENTOS ........................................................................................ III. uí m. INDICE................................................................................................................ VIII. RESUMEN ............................................................................................................. IX. Q. ABSTRACT ............................................................................................................. X. ría. CAPITULO I: INTRODUCCIÓN ..........................................................................1 Realidad Problemática………………………………………………............1. 1.2. Producción minero metalúrgico de cobre del Perú ………………........... ....3. 1.3. Hidrometalurgia del Cobre……………………………………….…............5. 1.4. Extracción por solventes ...…………………………………………….........6. 1.5. Proceso SX-EW de Cobre……………………………………………….....10. 1.6. Formulaciones del reactivo de Extracción por Solventes de Cobre ….........11. 1.7. Requisitos y propiedades de la fase orgánica……………………………....14. 1.8. Proceso químico de extracción por solventes……………………………....14. 1.9. Co-extracción Química del Ion Férrico (III)…………………………..........15. ca. de. In g. en. ie. 1.1. lio te. 1.10 Efectos del hierro en el proceso industrial…………………………….........16 1.11 Selectividad de cobre sobre el hierro…………………………………….....17 1.12 N° de etapas de Extracción: Isoterma de Distribución………………..........18. Bi b. 1.13 Punto de Saturación…………………………………………………….......19 1.14 Recta de Operación………………………………………………………....20 1.15 Análisis McCabe-Thiele en le Extracción por Solventes de Cobre………...23 1.16 Descripción y propuestas para mejorar la Eficiencia del Proceso………….25 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. 1.17 Antecedentes……………………………………………………………...29 1.18 Importancia del Problema………………………………………………...30. ica. CAPITULO II: MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Materiales, Equipos y Reactivos. Metodología de trabajo……………………………………………………..31. uí m. 2.2. 2.2.1 Preparación de solución orgánica para todos los métodos……….…...…32. Q. 2.2.2 Preparación PLS sintético (Método 1) …………………………….…....33. ría. 2.2.3 Etapa de extracción………………………………………………….…..34 2.2.4 Isotermas de extracción según McCabe-Thiele…………………….…...35. ie. 2.2.5 Respecto a la selectividad Cu/Fe……………………………….…….....36. Isotermas de Extracción de Cobre e influencia del Fe3+ en la. In g. 3.1.. en. CAPITULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN. selectividad…………………………………………………………….………....46 3.1.1 Resultados de las Pruebas 1, 2 y 3 a pH = 2.0 .........................................37. de. 3.1.2 Resultados de las Pruebas 4, 5 y 6 a pH = 1.5 .........................................40. ca. 3.1.3 Resultados de las Pruebas 7, 8 y 9 a pH = 1.0 .........................................42. lio te. CAPÍTULO IV: CONCLUSIONES………………………………….……......47 CAPITULO V: RECOMENDACIONES……………………………….……..48. Bi b. CAPITULO VI: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………….……….52 CAPITULO VII: ANEXOS……………………………………….………..53-76. 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. ÍNDICE DE TABLAS Tabla N°01. Producción de los principales productos mineros del Perú 2011-2015 .. 03. ica. Tabla N°02. Relación de Materiales, Equipos y Reactivos utilizados …………..….. 31 Tabla N°03. Variables dependientes e independientes del proceso experimental. uí m. de SX ……………………………………………………………………………....… 32 Tabla N°04. Pesos de reactivos para cada prueba a condiciones iniciales ...….….… 33. Q. Tabla N°05. Datos de resultados de la prueba N°01 a condiciones de 5g/L Cu,. ría. 5g/L Fe y pH=2………………………………………………………………………..37 Tabla N°06. Datos de resultados de la prueba N°02 a condiciones de 5g/L Cu,. ie. 15g/L Fe y pH=2………………………………………………………………………37. en. Tabla N°07. Datos de resultados de la prueba N°03 a condiciones de 5g/L Cu, 30g/L Fe y pH=2…………………………………………………………………… ...38. In g. Tabla N°08. Datos de resultados de la prueba N°04 a condiciones de 5g/L Cu, 5g/L Fe y pH=1.5…………………………………………………………….………..40. de. Tabla N°09. Datos de resultados de la prueba N°05 a condiciones de 5g/L Cu, 15g/L Fe y pH=1.5……………………………………………………………………40. ca. Tabla N°10. Datos de resultados de la prueba N° 6 a condiciones de 5g/L Cu, 30g/L Fe y pH=1.5……………………………………………………………………40. lio te. Tabla N°11. Datos de resultados de la prueba N°07 a condiciones de 5g/L Cu, 5g/L Fe y pH=1……………………………………………………………………….42. Bi b. Tabla N°12. Datos de resultados de la prueba N°08 a condiciones de 5g/L Cu, 15g/L Fe y pH=1……………………………………………………………………..43. Tabla N°13. Datos de resultados de la prueba N°09 a condiciones de 5g/L Cu, 30g/L Fe y pH=1……………………………………………………………………...43. 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. Tabla N°14. Resultados de % Carga de Cu en el orgánico y selectividad de todas las pruebas ……………………………………………..................................................... 45. ica. Tabla N°15. Relación de equipos, herramientas y materiales, para determinación de ferroso …………………………………………………………………………….…. 54. uí m. Tabla N°16. Relación de equipos, herramientas y reactivos, para determinación de. Acidez ………………………………………………………………………..……… 58. Q. Tabla N°17. Relación de equipos, herramientas y materiales para determinación de. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. pH ………………………………………………………………………..………...... 61. 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. ÍNDICE DE FIGURAS Figura N°01. Proceso Hidrometalúrgico…………………………………………..…05. ica. Figura N°02. Planta de extracción por solvente en una operación de Lixiviación de Cobre………………………………………………………………………………………10. uí m. Figura N°03. Esquema cíclico del proceso Extracción por Solventes –. Electro-obtención de Cobre………...…………………………………………………10. Q. Figura N°04. Construcción de una isoterma de extracción…………………………..19 Figura N°05. Esquema de una extracción en contra corriente………………………..19. ría. Figura N°06. Diagrama McCabe-Thiele para una extracción en 2 etapas de cobre. ie. contenido en una solución rica de 2.5 g/L Cu………………………………………....22 Figura N°07. Extracción de cobre en una planta industrial, donde No se alcanza el. en. equilibrio (isoterma de distribución) ………………………………………………….22. In g. Figura N°08. Diagrama de McCabe-Thiele para una re-extracción en 1 etapa de cobre contenido en un orgánico cargado de 3,9 g/L Cu……………………………………..23. de. Figura N°09. Simulación de isoterma de extracción para prueba 1 en Minchem 32...71 Figura N°10. Simulación de isoterma de extracción para prueba 2 en Minchem 32...72. ca. Figura N°11. Simulación de isoterma de extracción para prueba 3 en Minchem 32...72 Figura N°12. Simulación de isoterma de extracción para prueba 4 en Minchem 32...73. lio te. Figura N°13. Simulación de isoterma de extracción para prueba 5 en Minchem 32...73 Figura N°14. Simulación de isoterma de extracción para prueba 6 en Minchem 32...74. Bi b. Figura N°15. Simulación de isoterma de extracción para prueba 7 en Minchem 32...74 Figura N°16. Simulación de isoterma de extracción para prueba 8 en Minchem 32...75 Figura N°17. Simulación de isoterma de extracción para prueba 9 en Minchem 32...75 Figura N°18. Isotermas de extracción con ACORGA ®M5640 a pH= 2 de las pruebas 1, 2 y 3…………………….………………………………………………….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. Figura N°19. Comportamiento de cada una de las pruebas 1,2 y 3 a pH=2 de cobre en orgánico respecto a la co-extracción de Hierro (III)………………………..39. ica. Figura N°20. Isotermas de extracción con ACORGA ®M5640 a pH= 1 de las pruebas 4, 5 y 6………………………………………………………………………………...41. uí m. Figura N°21. Comportamiento de cada una de las pruebas 4,5 y 6 a pH=1.5. de cobre en orgánico respecto a la co-extracción de Hierro (III)……………………..41. Q. Figura N°22. Isotermas de extracción con ACORGA ®M5640 a pH= 1 de. las pruebas 7, 8 y 9……………………………………………………………………43. ría. Figura N°23. Comportamiento de cada una de las pruebas 7,8 y 9 a pH=1 de cobre en orgánico respecto a la co-extracción de Hierro (III)………………………..44. ie. Figura N°24. Comparación de la selectividad de Cu2+/Fe3+ de las pruebas realizadas. en. a diferentes condiciones .............................................................................................. 46. In g. Figura N°25. Hoja técnica de ACORGA ®M5640 de la compañía CYTEC y SOLVAY GROUP, donde se observa datos físicos, datos de rendimiento a 25°C y punto de isoterma de extracción de cobre…………………………………………….53. de. Figura N°26. Curva de %Carga de Cu vs Fe3+ de la Prueba N°09, con los datos reportados en la Tabla N°14…………………………………………………………..70. ca. Figura N°27. Soluciones obtenidas el proceso de extracción y re-extracción (PLS. lio te. descargado y soluciones ricas en Cu2+ y Fe3+…………………………………………76 Figura N°28. Extrayendo del PLS sintético con ACORGA M 5640, utilizando una pera de decantación…………………………………………………………………..77. Bi b. Figura N°29. Soluciones de PLS descargado y orgánico cargado obtenidos del proceso de extracción………………………………………………………………...77 Figura N°30. Soluciones obtenidas del proceso de re-extracción, utilizando una solución acida (180 g/L) en pera de decantación y separando fases con el embudo…78 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. RESUMEN En la presente investigación se ha evaluado los parámetros significativos de operación:. ica. pH, concentración de Cu2+ y Fe3+, en la extracción por solventes (SX) de cobre.. uí m. El objetivo de este trabajo es analizar una alternativa de control del hierro en el circuito. de extracción por solventes de cobre, evaluando la influencia del pH y la concentración de hierro (III), utilizando para ello Pregnant Leach Solution (PLS) sintéticos de 5 g/L de. Q. Cu2+ y 5; 15 y 30 g/L de Fe3+, en un rango de pH entre 1 y 2 a 25 °C de temperatura; de. ría. acuerdo a éstas condiciones se requiere la aplicación de un reactivo extractante para lo cual se usó el ACORGA ®M5640 en la extracción de cobre y para la re-extracción se. ie. utilizó una solución de 180 g/L de ácido sulfúrico, siguiendo los pasos de una operación. en. de SX a nivel laboratorio.. In g. Al realizar las pruebas se concluyó que a pH igual a 1 y a una concentración de 5g/L Cu2+ y 30 g/L Fe3+, la extracción de cobre más alta es de 10.328 g/L Cu (Prueba N°09) a una. de. relación O/A: 1/8, con una carga neta de 77% de Cu2+ quedando un 23% libre para una carga adicional de cobre y con 19 ppm de Fe3+ en el orgánico a una selectividad a razón. ca. de 405 veces la concentración de Cu sobre el Fe3+.. Bi b. lio te. Palabras claves: Extracción por solventes, ACORGA ®M-5640, Hierro (III) y Cu.. 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. ABSTRACT In the present investigation we have evaluated the significant parameters of operation:. ica. pH, concentration of Cu2+ and Fe3+, in the solvent extraction (SX) of copper. The objective of this work is to analyze an alternative of the control of iron in the circuit. uí m. of the extraction by the copper solvents, evaluating the influence of the pH and the concentration of iron (III), using it Synthetic Pregnant solution of the leachate (PLS) 5. Q. g/L Cu2+ y 5; 15 and 30 g/L Fe3+, in a pH range between 1 and 2 at 25 ° C temperature;. ría. according to these conditions the application of an extractor reagent for which ACORGA ® M5640 was used in the extraction of copper was required and for the re-extraction a. ie. solution of 180 g/L of sulfuric acid was used, following the steps SX at laboratory level.. en. When the tests were carried out, it was concluded that at pH equal to 1 and a concentration. In g. of 5 g/L Cu2 + and 30 g/L Fe3 +, the highest copper extraction is 10,328 g/L Cu2+ (Test No. 09) at an O/A: 1/8, with a net load of 77% Cu2 + leaving 23% free for an additional copper. Cu2+ on the Fe3 +.. de. loading and 19 ppm Fe3 + in the organic at a selectivity at 405 times the concentration of. Bi b. lio te. ca. Keywords: Solvent extraction, ACORGA ® M-5640, Iron (III) and Cu.. 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. CAPITULO I. 1.1.. ica. INTRODUCCIÓN REALIDAD PROBLEMÁTICA. uí m. La obtención de cobre de recursos primarios mediante extracción con disolventes se ha venido desarrollando de forma continua durante los últimos 30 años, lo que ha. Q. supuesto un esfuerzo continuado, tanto de investigación como de puesta en práctica de los resultados obtenidos de esta investigación básica, y siendo uno de los mayores éxitos. ría. en el desarrollo de la industria de un metal. El éxito de esta operación no hubiera sido. ie. posible sin que a su vez las dos operaciones que la acompañan (lixiviación y electrólisis),. operacional (Alguacil, 1998).. en. con sus propias innovaciones, permitiesen su perfecto acoplamiento en la secuencia. In g. El procesamiento hidrometalúrgico de minerales de cobre consta de operaciones principales como son el chancado, la aglomeración la lixiviación, la extracción por. de. solventes (SX) y la electro-obtención (EW). Este proceso presenta ineficiencias en su operación especialmente en la etapa de purificación de las soluciones involucradas. Es. ca. por esta razón que muchas impurezas provenientes de la etapa de lixiviación son. lio te. arrastradas en las siguientes etapas. Una de estas impurezas es el hierro, como Fe(II) o Fe(III), que de llegar a niveles superiores a 1,5 g/L, en la nave de electro-obtención, es perjudicial para la operación ya que afecta en la eficiencia de la corriente, por lo que debe. Bi b. ser controlado en todo el proceso. Estas impurezas llegan a estar presentes básicamente por pérdida de selectividad Cu/Fe del extractante usado en SX y/o por arrastres desde la solución acuosa de lixiviación (solución rica o PLS) en el orgánico cargado (Hernández, 2007).. 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. Conforme van pasando los años, las plantas de SX enfrentan un nuevo desafío metalúrgico debido principalmente a cambios en las características y composición del. ica. mineral en el proceso inicial. Como resultado de estos cambios, se obtiene un Pregnant Leach Solution (PLS) con diferentes características químicas respecto al PLS. uí m. inicialmente procesado.. En estas nuevas condiciones de concentración de cobre y hierro donde no se mantiene. Q. constante el pH y la concentración de hierro de las soluciones preparadas, esto podría. ría. producir problemas de exceso de extracción de hierro con respecto al cobre, afectando la eficiencia de la corriente en EW (electro-obtención) y un alto consumo de energía, en. ie. consecuencia, se obtendrá cátodos de baja pureza de cobre (Medina & Enrique, 2013).. en. Para solucionar este problema la industria normalmente ocupa reactivos que tengan una. In g. alta selectividad Cu/Fe, además de una etapa de lavado que ayude a minimizar los arrastres físicos. Sin embargo, en la mayoría de los casos estas medidas no son suficientes, y para evitar comenzar a acumular hierro en el sistema es necesario descartar diariamente. de. un volumen de solución (electrólito pobre), lo que trae como consecuencia una pérdida de insumos, materia prima y costos de retratamiento de dicha solución que retorna al. PRODUCCIÓN MINERO METALÚRGICA DE COBRE DEL PERÚ. lio te. 1.2.. ca. sistema nuevamente (Hernández, 2007).. La producción de cobre del Perú durante el año 2015 ascendió a 1’700,814. Bi b. toneladas métricas finas (TMF), lo que significó un aumento de 23.46% con relación al 2014 en que se tuvieron 1.37 millones de TMF.. 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. La plena operación de importantes proyectos cupríferos durante el 2015 como Toromocho y Constancia aportó a este crecimiento, además de la recuperación de la. ica. producción de Antamina, al concentrar sus operaciones en zonas de mayor ley mineral. Entre enero y setiembre del 2016, la producción de cobre del Perú alcanzó un total de. uí m. 1.72 millones TMF, superando el récord nacional de 1.70 millones de TMF registrado en el año 2015.. Q. Estas expectativas de crecimiento continuarán en lo que queda del año; se estima que la. ría. producción cuprífera sobrepase los 2.3 millones de TMF al finalizar el 2016 según el Ministerio de Energía y Minas.. ie. Asimismo, indicaron que este considerable incremento repercutirá favorablemente en las. en. previsiones de crecimiento en la economía nacional, ya que el cobre constituye uno de. In g. los principales productos de exportación de nuestro país (46% del valor de las exportaciones mineras) (Diario Gestión, 2016).. PRODUCTO. lio te. Oro. UNIDADES. Zinc. Bi b. Plata. Otros min.. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015. Valor Cantidad Precio. (US$MM) (Miles Tm) (Ctvs US$/Lb.). 10,721 1262 385.9. 10,731 1406 346.3. 9,821 1404 319.3. 8,875 1402 287.0. 8,125 1735 212.4. Valor Cantidad Precio. (US$MM) (Miles Oz. Tr.) (US$/Oz Tr.). 10,235 6,492 1569.5. 10,746 6,427 1669.9. 8,536 6,047 1411.0. 6,729 5,323 1264.1. 6,590 5,689 1158.3. Valor Cantidad. (US$MM) (Miles Tm.). 1,523 1,007. 1,352 1,016. 1,414 1,079. 1,504 1,149. 1,507 1,217. Precio. (Ctvs US$/Lb.). 68.6. 60.5. 60.2. 59.3. 56.1. Valor. (US$MM). 219. 210. 479. 331. 138. Cantidad. (Millones Oz. Tr.). 6.5. 6.9. 21.2. 17.1. 8.9. Precio. (US$/Oz. Tr.). 33.7. 30.2. 23.9. 19.3. 15.5. Valor. (US$MM). 4827.3. 4428.3. 3539.3. 3106.8. 2472.6. 27,526. 27,467. 23,789. 20,545. ca. Cobre. de. Tabla N°01. Producción de los principales productos mineros del Perú 2011-2015. TOTAL us$mm. 18,832. * Precios Promedio de Exportación. Fuente: Reporte Anual de Producción Minera, Ministerio de Energía y Minas (2016) 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. 1.3.. HIDROMETALURGIA DEL COBRE La hidrometalurgia es una disciplina de la metalurgia extractiva, que se ocupa de. ica. los métodos y la ciencia de la extracción de metales por medios acuosos. El proceso. hidrometalúrgico empieza con la conminución que solo involucra la reducción de tamaño. uí m. con el fin de obtener el área adecuada para que se lleve a cabo la reacción del ácido con el cobre. Posteriormente se deben aglomerar las partículas finas que se generaron en el. Q. chancado, permitiendo que la solución de lixiviación percole a través del mineral y no se. ría. produzca acumulación dentro de la pila, esto se logra adicionando agua y ácido sulfúrico al mineral dentro de un tambor rotatorio, obteniéndose un aglomerado entre partículas. ie. finas y gruesas de gran consistencia y resistencia mecánica, además el ácido actúa. en. químicamente sulfatando las especies minerales, haciendo más fácil la etapa de lixiviación. Con los glomeros se forman enormes estructuras que se conocen como. In g. “pilas”, las que se riegan con ácido por goteo o aspersión. La solución que sale de los tanques de lixiviación es alimentada a la etapa de extracción. de. por solventes, la cual es purificada y concentrada, mediante reactivos de naturaleza orgánica, estos se encargan de extraer el cobre selectivamente desde las soluciones. ca. acuosas. El extractante es sumamente viscoso, por lo que debe ser diluido para mejorar la. lio te. separación de las fases. Existen varias alternativas para una planta SX, están los circuitos tradicionales en que los flujos se mueven en contra corriente y otros que manejan las soluciones de manera diferente como el caso de los circuitos en serie, serie-paralelo, etc.. Bi b. En todos los circuitos existe una etapa de extracción de cobre y luego una etapa de descarga (stripping), con el fin de tener una solución más pura y concentrada.. 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. En el proceso de SX aplicado al cobre cada etapa de contacto entre fase acuosa y la fase orgánica, sea en extracción, lavado o re-extracción se realiza en un equipo conocido. ica. genéricamente como mezclador – decantador (mixer – settler). La última etapa del proceso, es la electro-obtención de cobre. La electro-obtención es un. uí m. proceso electroquímico forzado, que permite la depositación de cobre en estado metálico. a partir de los iones Cu+2 en solución, mediante una corriente eléctrica impuesta entre un. Q. ánodo y un cátodo. El electrolito contiene sulfato de cobre, ácido sulfúrico (H2SO4) y. ría. hierro (en baja concentración) como componentes principales, pero se adicionan una serie de elementos como refinadores de grano o compuestos que mejoran la depositación del. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. cobre (Navarro et. al, 2013).. Figura N°01. Proceso Hidrometalúrgico.. Fuente: Navarro et. al., Problemas en la separación de fases en extracción por solventes de Cobre, 2013.. 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. 1.4.. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES El proceso de extracción por solventes se incorpora como parte de un sistema. ica. integral de recuperación hidrometalúrgica, generalmente, para cumplir por lo menos. . uí m. alguno de estos tres objetivos principales:. La separación y purificación de uno o más metales de interés de las impurezas que les acompañan, sea extractando el o los metales deseados desde las. . ría. dejando en las soluciones el o los metales deseados.. Q. soluciones, que quedan con las impurezas, o bien extractando las impurezas. La concentración de los metales disueltos con el objetivo de disminuir los. La transferencia de los metales disueltos, desde una solución acuosa compleja a. en. . ie. volúmenes a procesar y así reducir los costos para el proceso siguiente.. In g. otra solución acuosa diferente, que simplifique el proceso siguiente. En la generalidad de los casos, al integrar el proceso de SX en un circuito metalúrgico se. de. busca cumplir con al menos uno, muchas veces con dos y, ocasionalmente, con los tres objetivos descritos.. ca. Desde el punto de vista de su implementación industrial, la extracción por solventes se. lio te. aplica a tres tipos de procesos: . La recuperación selectiva de un solo metal desde una solución de lixiviación,. Bi b. liberándolo de sus impurezas y concentrándolo para una más fácil recuperación, como es, por ejemplo, la SX del cobre desde las soluciones de lixiviación diluidas e impuras, para traspasarlo a una solución de electrolito puro y concentrado, útil para realizar electrólisis.. 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. . La separación conjunta de varios metales desde una solución, por similitud de propiedades químicas, para su posterior separación diferencial, como son los. . ica. casos del SX conjunto de Cu/Ni/Co, o del V/U/Ti entre otros. La purificación de soluciones, en que se extraen las impurezas más dañinas para. uí m. dejar limpia la solución de partida, como es el caso de la purificación de los descartes de electrolitos de refinería de Cu, al eliminar el Fe, el As y otras. Q. impurezas, permitiendo devolver la solución limpia al circuito principal.. ría. El proceso de SX, en su esencia consiste fundamentalmente de dos operaciones secuenciales: la de extracción propiamente tal – en que el reactivo extractante orgánico. ie. captura el (o los) metal (es) desde la fase acuosa – y la de descarga (también llamada “re-. en. extracción” o, en inglés “stripping”) del reactivo orgánico, en que se realiza el proceso. 1.5.. In g. inverso y se regenera la capacidad extractiva del reactivo orgánico (Domic, 2001). PROCESO SX-EW DE COBRE. de. En general SX o extracción por solventes implica el paso de un elemento disuelto en una fase acuosa a una fase líquida conocida como fase orgánica, con el objeto de. ca. separarlo de las otras especies de la solución. Esta operación implica una re-extracción de la especie extraída desde la fase orgánica, permitiendo la regeneración del extractante,. lio te. para otra extracción (Hernández, 2007). En cuanto al cobre, la extracción con disolventes comprende:. Bi b. a) La extracción selectiva del cobre a partir de soluciones de lixiviación ácidas en una fase orgánica inmiscible. b) El agotamiento del cobre de esta fase orgánica en una solución acuosa fuertemente ácida (150-180 Kg H2SO4/m3). Esta solución acuosa absorbe al cobre en una alta. 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. concentración (30 a 50 kg/m3) y sirve como electrolito para la separación por electrólisis de dicho elemento.. ica. El disolvente orgánico tiene muy poca solubilidad para las impurezas metálicas de manera que esos permanecen casi en su totalidad dentro de la solución de lixiviación original. Por. uí m. consiguiente, el electrolito final está de hecho, por decirlo así, libre de impurezas (Biswar & Davenport, 1993).. Q. El proceso se lleva a cabo en dos etapas:. ría. a) En la primera etapa, llamada de extracción, se produce la transferencia de la especie. ie. metálica desde la fase acuosa a la fase orgánica (ambas fases son inmiscibles).. en. La producción de una solución purificada y generalmente más concentrada, se logra en esta etapa, poniendo en contacto la solución acuosa que contiene los iones metálicos con. In g. la fase orgánica inmiscible que contiene un reactivo orgánico capaz de combinarse con el ion metálico de interés y formar un complejo organometálico estable, en las condiciones. de. de operación.. Este proceso puede describirse en forma simple, por la ecuación general +. ca. Cu2+ (a). →. Org. Descargado. CuR2 (o) Org. Cargado. +. 2H+ (a) Raff. lio te. PLS. 2RH (o). Donde los subíndices a y o indican fase acuosa y orgánica respectivamente, Cu+2 a. Bi b. representa el ion metálico de interés presente en la fase acuosa, RH(o) representa el reactivo orgánico y CuR2 o el complejo formado entre el reactivo orgánico y el ion metálico, complejo soluble en la fase orgánica. En la etapa de extracción, el equilibrio químico está desplazado hacia la derecha, es decir, hacia la formación del complejo. 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. b) En la segunda etapa, la fase orgánica que ahora contiene el ion metálico de interés, es contactado con una nueva fase acuosa con mayor contenido de ácido, de modo de lograr. ica. transferir el ion metálico desde la fase orgánica, a la solución acuosa. Esta etapa denominada de re-extracción (o stripping) es inversa de la primera, y por lo. uí m. tanto requiere que el equilibrio esté desplazado hacia la izquierda. Por lo general, en la etapa de re-extracción, además de recuperar la especie metálica, se regenera el reactivo. Q. orgánico, resultando apto para una nueva etapa de extracción modo de lograr transferir el. ría. ion metálico desde la fase orgánica, a la solución acuosa (Valladares, 2008). La combinación de los procesos de: Lixiviación, Extracción por Solventes y Electro-. ie. obtención, ofrece ventajas económicas con respecto al método tradicional de. en. cementación, aplicado en la metalurgia extractiva del cobre. Estos procesos combinados,. . In g. ofrecen las siguientes posibilidades para la recuperación del cobre: Tratamiento de minerales oxidados de baja ley o mezclas de minerales oxidados – sulfurados.. Retratamiento de desechos con muy bajo contenido en cobre.. . Purificación de soluciones consumidas o agotadas, que no son más aplicables en. ca. de. . los procesos de electrólisis o de cementación. Recuperación de cobre desde minerales sulfurados, en aquellos lugares donde las. lio te. . leyes de contaminación son muy rigurosas. Es un proceso que se puede aplicar no sólo a cobre, sino que a otros metales.. Bi b. . 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) ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. en. Figura N°02. Planta de extracción por solvente en una operación de Lixiviación de Cobre.. Bi b. lio te. ca. de. In g. Fuente: MCT Redbook by Cognis Group, 2008. Figura N°03. Esquema cíclico del proceso Extracción por Solventes – Electroobtención de Cobre. Fuente: MCT Redbook by Cognis Group, 2008. 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) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.6.. FORMULACIONES. DEL. REACTIVO. DE. EXTRACCIÓN. POR. SOLVENTES DE COBRE. ica. En la industria de la extracción por solventes se ocupan cuatro formulaciones. Aldoximas modificadas. . Mezclas de aldoxima: cetoxima sin modificador. . Cetoxima. . Mezclas modificadas de aldoxima: cetoxima. ría. Q. . uí m. básicas; cada una se deriva de hidroximas:. ie. Aldoximas modificadas. en. A las aldoximas modificadas se les denomina reactivos “fuertes” porque extraen el cobre incluso con un pH bajo y/o alto contenido de Cu. Sin embargo, las aldoximas por sí solas. In g. son raramente usadas como reactivos de cobre debido a la dificultad de re-extraer el cobre del ligando.. de. Con el propósito de posibilitar la efectiva re-extracción de las aldoximas, se agregan modificadores para debilitar el complejo. Estas aldoximas alteran la fuerza de los enlaces. ca. de hidrogeno que estabilizan el complejo aldoxima/metal, lo que permite que el cobre sea. lio te. removido más fácilmente.. Mediante la variación de la cantidad de modificador relativo a la oxima, es posible. Bi b. optimizar la fuerza de la formulación para adecuarse a las necesidades/condiciones del circuito. Una correcta modificación producirá buenas características de re-extracción, las que maximizarán la transferencia neta de cobre, dando como resultado una excelente extracción de cobre desde la solución de lixiviación.. 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) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cytec ha desarrollado y patentado un éster altamente ramificado que se ha convertido en el modificador más común de la industria de la extracción por solventes. Otros. ica. modificadores actualmente en uso incluyen a los alcoholes, esteres y cetonas. Debido a su flexibilidad y versatilidad, se ha establecido una tendencia en la industria a. uí m. usar aldoximas, permitiendo operaciones que saquen ventaja de una formulación. 1.7.. Q. optimizada, bajo arrastre, bajo consumo y alta selectividad Cu: Fe (Cytec, 2002). REQUISITOS Y PROPIEDADES DE LA FASE ORGÁNICA. ría. La naturaleza de la fase orgánica, es un aspecto relevante para un exitoso. ie. desarrollo del proceso de extracción por solventes. Esta fase debe lograr una interacción. en. química específica, estable y selectiva con el componente de la fase acuosa que se desea separar, además, debe poseer propiedades químicas reversibles que le permita devolver. In g. en el paso siguiente, el componente a otra fase acuosa distinta a la primera. La fase orgánica está compuesta originalmente por: el reactivo extractante, el diluyente y. de. en algunos casos se incluye un reactivo orgánico denominado modificador.. ca. a) El reactivo extractante es un reactivo orgánico, perteneciente a la familia de las hidroximas, posee el componente activo que permite realizar la interacción química. lio te. con la especie metálica de la fase acuosa, el cual debe cumplir con los siguientes requisitos:. Bi b. . . Especificidad absoluta, es decir, un reactivo capaz de unirse a un metal solamente, altamente selectivo frente a las impurezas contenidas en la solución. Estabilidad química, necesaria porque cualquier pérdida por degradación debe ser repuesta con el consiguiente costo de operación, además que los productos de degradación pueden interferir en el proceso mismo de extracción y coalescencia. 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) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . El extractante debe ser también estable bajo condiciones de re-extracción, etapa que involucra un contacto con soluciones fuertemente ácidas. La velocidad de separación de fases debe ser rápida con el objeto de que las. ica. . dimensiones de los decantadores sean las mínimas posibles. Así disminuyen los. . uí m. costos de inversión, inventario y las pérdidas del diluyente por evaporación.. Baja solubilidad en la fase acuosa. Esto es de gran importancia, ya que como en. Q. extracción por solventes la fase orgánica recircula entre las etapas de extracción y re-extracción, el reactivo extractante no debe ser soluble en la fase acuosa. Alta capacidad de carga.. . Alta solubilidad del reactivo y del complejo en el diluyente.. . Baja viscosidad. Poseer una diferencia de densidad con las soluciones acuosas.. . Baja inflamabilidad, alto punto de inflamación (flash point). No tóxico.. en. ie. ría. . In g. b) El diluyente, que también es un reactivo orgánico, derivado del proceso de refinación del petróleo, en el cual se disuelve el extractante. Es el componente mayoritario de la. de. fase orgánica (70 – 80%) y otorga condiciones favorables al proceso. Las propiedades. . ca. más importantes deseables en un diluyente son: Solubilizar al extractante y al complejo organometálico formado por la reacción. lio te. del metal con el extractante. . Ser capaz de disolver el reactivo de extracción, tanto libre como en forma de complejo metálico.. Bi b. . . Tener baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la separación de fases y reducir los arrastres de una fase en la otra. Tener baja solubilidad en la fase acuosa, para evitar o disminuir al máximo las pérdidas por disolución en la fase acuosa, o ser insoluble en la fase acuosa. 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. . Tener una pureza adecuada y estar libre de componentes extraños, con el objeto de minimizar la formación de borras. Mezclarse bien con el reactivo de extracción, para disminuir su viscosidad y. ica. . facilitar el contacto entre fases, permitiendo una buena separación en el. uí m. sedimentador (settler).. Ser químicamente estable bajo todas las condiciones de operación del circuito.. . Tener un alto punto de inflamación (Flash Point, FP) de 25ºC o más, por sobre la. Q. . temperatura más alta prevista para la operación del circuito de extracción por. ría. solvente (se recomienda de mayor a 80°C). Esto es fundamentalmente por razones. ie. de seguridad. Se debe tener presente, también, la disminución del FP por altura. en. geográfica por sobre los 3000 m.s.n.m., aproximadamente 10°C por cada 1000 m de altura (Valladares, 2008).. PROCESO QUÍMICO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES. In g. 1.8.. En el proceso global de la extracción por solventes se distinguen tres momentos. de. fundamentales que consisten en:. ca. a) El líquido extractante (fase orgánica) se agrega a la solución “preñada” de lixiviación PLS o (fase acuosa) en un recipiente con agitación turbulenta, y se conecta con el ion. lio te. metálico, este ion de interés es transferido desde la fase acuosa (solución de lixiviación) a la orgánica, a través de la interface de dos líquidos no miscibles. Bi b. (Extracción). Cu2+ (a) PLS. +. 2RH (o) Org. Descargado. →. CuR2 (o) Org. Cargado. +. 2H+ (a) Raff. 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. b) Enseguida, este complejo extractante - ion metálico (fase orgánica) es separado de la solución por medio de decantación en donde se separan la fase orgánica cargada y la. ica. solución primaria ya pobre en cobre, pero con altas impurezas. La fase superior corresponde a la capa orgánica, que se mantiene allí debido a su menor peso. uí m. específico. Donde luego es llevado a una solución secundaria pobre en el ion metálico y sin impurezas de otro tipo. (Separación de fases).. Q. c) En esta etapa se produce un proceso igual al primero, pero con el ion metálico que. ría. viaja en sentido contrario. En esta solución secundaria se produce la re-extracción. Es decir, el elemento de interés es liberado de la fase orgánica y es nuevamente devuelto. ie. a la solución, la cual al estar exenta de impurezas es óptima para el proceso siguiente. Org. Cargado. →. Electrolito Pobre. CuSO4(a). +. Electrolito Rico. 2 RH(o) Org. Descargado. CO-EXTRACCIÓN QUÍMICA DEL ION FÉRRICO (III). de. 1.9.. 2H+. +. In g. CuR2 (o). en. de EW. (Re-extracción o Stripping). (Valenzuela, 1989). El ion férrico, Fe (III), compite con el Cu (II), en la etapa de extracción, en donde. ca. a ciertos niveles de pH existe una co-extracción de hierro y cobre por parte de la aldoxima. lio te. en la solución orgánica, entonces al existir condiciones de pH y concentración de extractante en que se beneficie esta co-extracción, el extractante perderá la oportunidad de atrapar cobre. En tal caso el análisis del comportamiento de cada muestra de orgánico. Bi b. contactado con respecto a la selectividad Cu/Fe, medirá la relación y presencia de impureza como el fierro (Ros, 2009).. 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. 1.10. EFECTOS DEL HIERRO EN EL PROCESO INDUSTRIAL El hierro en la operación está siempre presente, principalmente por la mineralogía. ica. que llega a la planta de procesos y su acumulación en ella. El hierro llega a la operación. SX por medio de arrastres químicos y físicos; en donde la selectividad del extractante. uí m. juega un rol importante para controlar el arrastre químico, y la etapa de lavado para controlar el arrastre físico tanto del hierro como de otras impurezas.. Q. El ion férrico, Fe(III), compite con el Cu(II), en la etapa de extracción, en donde a ciertos. ría. niveles de pH existe una co-extracción de hierro y cobre por parte de la aldoxima en la solución orgánica, entonces al existir condiciones de pH y concentración de extractante. ie. en que se beneficie esta co-extracción, el extractante perderá la oportunidad de atrapar. en. cobre. Es por esto que se debe estudiar la cantidad adecuada de extractante para una cierta. In g. concentración de cobre en la solución rica o PLS de forma tal que el ion férrico no pase a las etapas siguientes (Hernández, 2007).. de. 1.11. SELECTIVIDAD DE COBRE SOBRE EL HIERRO La selectividad del cobre sobre el fierro es un aspecto muy importante en la. ca. extracción por solventes de cobre. En muchas plantas comerciales de SX de cobre, la. lio te. mayor parte de la transferencia de Fe desde el PLS al electrolito se realiza a través de medios químicos más que por arrastre. La concentración de Fe en el electrolito se controla mediante purgas de una parte del electrolito pobre reemplazándola con ácido y agua. Bi b. fresca. Como el electrolito contiene metales y otros compuestos de valor, la purga tiene un costo directo para la operación.. 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. Dos métodos comunes para describir la transferencia química del fierro son:. ica. Razón de transferencia de Cu a Fe. uí m. (𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑢 𝑂𝑟𝑔. 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑜 − 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑢 𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑜) (𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐹𝑒 𝑂𝑟𝑔. 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑜 − 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐹𝑒 𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑜) Razón de rechazo de Cu a Fe. Q. Concentración de cobre orgánico cargado dividido por concentración de Fe de orgánico. ría. cargado. Mientras más alta la razón de rechazo, más Cu en el orgánico por unidad de Fe. La carga porcentual de cobre, la formulación del reactivo, el pH de PLS y la concentración. ie. de fierro tienen un defecto en la cantidad esperada de transferencia de fierro (Cytec,. en. 2002).. In g. 1.12. N° DE ETAPAS DE EXTRACCIÓN: ISOTERMA DE DISTRIBUCIÓN Las curvas de equilibrio o isotermas de distribución grafican la concentración de. de. la especie extraída en la fase orgánica versus la concentración de la misma en fase acuosa, en el equilibrio y a una temperatura dada, y puede ser realizada tanto para la extracción. ca. como para re-extracción (Soto & Solís, 2012).. lio te. La forma más utilizada para construir la isoterma de extracción es contactar en diferentes proporciones el acuoso y el orgánico, y analizar por el elemento metálico una vez logrado el equilibrio. Las fases orgánicas y acuosas se ponen en contacto en un embudo o pera. Bi b. decantador (250 mL) y se agita durante 3 minutos. Luego se deja decantar las fases. Generalmente se emplean razones O/A de 10/1, 5/1, 2/1, 3/2, 1/1, 1/2 y 1/5.. 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. La Figura N°04 muestra la construcción de una isoterma de distribución cuando se ponen en contacto A mL de solución rica conteniendo X0 g/L de metal disuelto con O mL de. ica. orgánico fresco. Después de la puesta en equilibrio, el refino contiene X1 g/L y el orgánico. 𝑌𝑛 = −. 𝐴 (𝑋 − 𝑋𝑂 ) 𝑂 𝑛. ría. en. 1.13. PUNTO DE SATURACIÓN. 𝑌𝑛 𝑋𝑛. ie. 𝐷=. Q. y para cada razón existe un coeficiente de distribución diferente:. uí m. Y1 g/L de metal. El balance de masa se puede expresar como:. Composición del extractante dónde se alcanza su capacidad máxima de carga. Un. In g. modo teórico aproximado de calcular la máxima carga es sabiendo la capacidad máxima del extractante.. de. Las isotermas de extracción y de re-extracción pueden ser generados de manera similar. Las isotermas son válidas solamente para condiciones similares a las condiciones que se. ca. emplearon para su determinación.. lio te. Por ejemplo, si cambia la concentración de reactivo en el orgánico, la concentración de metal en solución en la fase acuosa u orgánica, el pH de la solución rica, la concentración de ácido del electrolito descargado, etc., entonces habrá que generar una nueva isoterma. Bi b. de distribución (Soto & Solís, 2012).. 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) uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Q. Figura N°04. Construcción de una isoterma de extracción. Fuente: Soto & Solís, Caracterización y optimización de parámetros de SX/EW para la. ría. obtención de cobre electrolítico a nivel laboratorio, 2012.. ie. 1.14. RECTA DE OPERACIÓN. en. La mayoría de los procesos industriales de SX operan con un sistema de contacto. In g. múltiple en contra corriente. La Figura N°05 representa esquemáticamente la operación de la parte extracción de una planta de SX para lo cual se han supuesto n etapas de extracción. En un proceso de extracción en contra corriente, la solución acuosa y la. de. solución orgánica fluyen en direcciones opuestas. Entonces, el orgánico descargado se contacta con el refino, pobre en Cu, mientras que el orgánico cargado está en contacto. ca. con la solución rica en Cu. El proceso de extracción en contra corriente permite tener una. lio te. buena extracción del metal contenido en la solución acuosa, y a la vez usar eficientemente. Bi b. el reactivo orgánico (Soto & Solís, 2012).. Figura N°05. Esquema de una extracción en contra corriente.. Fuente: Soto & Solís, Caracterización y optimización de parámetros de SX/EW para la obtención de cobre electrolítico a nivel laboratorio, 2012. 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. A: Flujo de acuoso (m3/h) O: Flujo de orgánico (m3/h). Y(n): Concentración de metal en el orgánico que sale de la etapa n (g/L). uí m. El balance de masa para la primera etapa es:. ica. X(n): Concentración de metal en el acuoso que sale de la etapa n (g/L). Q. 𝑂𝑌𝑛+1 + 𝐴𝑋𝑛−1 = 𝑂𝑌𝑛 + 𝐴𝑋𝑛. ría. y para la etapa Nº n:. ie. 𝑂𝑌𝑛+1 + 𝐴𝑋0 = 𝑂𝑌1 + 𝐴𝑋𝑛. In g. 𝑌𝑛+1 = 𝐴⁄𝑂 (𝑋𝑛 − 𝑋0 ) + 𝑌1. en. El balance de masa global para la etapa “n” es:. 1.15. ANÁLISIS McCabe-Thiele EN LA EXTRACCIÓN POR SOLVENTES DE. de. COBRE. El conjunto de la isoterma de distribución o equilibrio y la línea de operación. ca. constituyen el DIAGRAMA DE OPERACIÓN ó DIAGRAMA DE McCabe-Thiele, el. lio te. cual es utilizado para calcular EL NÚMERO TEÓRICO DE ETAPAS en un sistema SX. La isoterma de distribución es fija, y depende sólo de la química de sistema (concentración de reactivos, pH, etc.).. Bi b. La línea de operación se basa en el balance de masa, varia con la razón A/O y las concentraciones de metal en la entrada y salida del sistema.. 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. Un diagrama típico de operación se presenta en la Figura N°06. Se supone que el Orgánico descargado que entra en la última etapa de extracción contiene 1.80 g/L Cu y. ica. que los flujos del orgánico y del acuoso son iguales (razón A/O = 1). Conociendo eso, una recta de operación puede ser determinada, partiendo del punto dónde el orgánico. uí m. descargado intercepta a la isoterma de extracción y dibujando la recta hacia arriba y la derecha con una pendiente igual a la razón A/O (=1 en este caso).. Q. Para determinar el número de etapas de extracción, se dibuja una línea vertical. ría. representando la concentración de la solución rica (alimento = 2.50 g/L Cu) hasta que intercepte la recta de operación. Después, se traza una recta horizontal hasta la isoterma. ie. de extracción y de ahí una recta vertical hasta la recta de operación, creando de esa forma. en. un escalón correspondiente a la primera etapa de extracción. Se repite este procedimiento para crear un segundo escalón correspondiente a la segunda etapa de extracción. Se. In g. determinan en el diagrama, un refino de 0.22 g/L Cu y un orgánico cargado de 4.24 g/L Cu se predicen para una extracción en dos etapas.. de. Debido a que el diagrama de McCabe-Thiele que se muestra en la Figura N°06 representa solamente una aproximación del sistema, resulta muy útil para determinar el número de. ca. etapas necesarias para alcanzar una determinada extracción.. lio te. Un diagrama de McCabe-Thiele más preciso se puede dibujar a partir de la Figura N°06; dibujando la recta de operación a partir de un punto situado a igual distancia de la isoterma. Bi b. de extracción y de la recta vertical representando la composición del refino. Entonces, se hace de nuevo el diagrama de McCabe-Thiele, y se obtienen valores de 0.15 g/L Cu en el refino y 4.17 g/L Cu en el electrolito cargado. La construcción de un verdadero diagrama de McCabe-Thiele es un proceso iterativo.. 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) Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ría. Figura N°06. Diagrama McCabe-Thiele para una extracción en 2 etapas de cobre contenido en una solución rica de 2.5 g/L Cu.. en. ie. Fuente: MCT Redbook by Cognis Group, 2008. En los mezcladores industriales, no se alcanza las concentraciones de cobre en el orgánico. In g. y el acuoso al equilibrio, pero solamente un 90% de extracción respecto del equilibrio,. Bi b. lio te. ca. de. como lo muestra la figura 07, que representa las etapas de una operación industrial.. Figura N°07. Extracción de cobre en una planta industrial, donde No se alcanza el equilibrio (isoterma de distribución). Fuente: MCT Redbook by Cognis Group, 2008 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. En la Figura N° 07 y 08 se observa la construcción de un diagrama de equilibrio de McCabe-Thiele, con una etapa de re-extracción. Se traza una línea horizontal desde la. ica. línea del orgánico cargado (3.90 g/L Cu) a la línea isoterma en el valor del electrolito rico (E.R.) deseado, 51 g/L Cu en este caso. Luego se baja una línea vertical desde el punto. uí m. donde el electrolito rico intercepta la línea isoterma hacia el eje horizontal. Esto da el. orgánico descargado (O.D.) esperado (1.77 g/L Cu). Luego se traza horizontalmente la. Q. línea del electrolito pobre (E.P.), 30.7 g/L Cu, desde el eje vertical hacia la línea del O.C. A continuación, se dibuja una línea desde el punto de intercepción de las líneas del O.D.. ría. y electrolito pobre hacia la intercepción de O.C. con electrolito rico. Esta es la línea de operación. La pendiente de la línea de operación (20.3 /2.13 = 9.50) es igual a la razón de. ie. los flujos de orgánico y acuoso de re-extracción que se necesitan para obtener la solución. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. de electrolito rico de re-extracción (Soto & Solís, 2012).. Figura N°08. Diagrama de McCabe-Thiele para una re-extracción en 1 etapa de cobre contenido en un orgánico cargado de 3,9 g/L Cu. Fuente: MCT Redbook by Cognis Group, 2008.. 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/.