UNIVERSIDAD ANDRES BELLO FACULTAD DE INGENIERIA
HIDROMETALURGIA IMIN 316
LABORATORIO N° 1
INDICE
Índice ………...………...………. 1 Resumen ………...………...………. 2 Introducción…….………..………... 3 Objetivos………….………...………...………. 4 Antecedentes Teóricos…….………..……… 5 ……….………..……… 6 ………..………. 7 Materiales y Equipamiento………..…….………. 8 ………... 9 Desarrollo Experimental……….……….. 10 ………. 11 Resultados.……….. 12 ………. 13 ………. 14 ………. 15 ………. 16 Discusiones………. 17 Conclusión………... 18 Bibliografía………... 19 Anexo………. 20 ………. 21 ………. 22RESUMEN
En el laboratorio de hidrometalurgia de la universidad Andrés bello Viña del mar realizamos la experiencia número 1 de laboratorio “lixiviación en columna”.
La muestra de mineral provenía de Enami Copiapó, cuando la obtuvimos ya estaba chancada 100% bajo ¾ pulgadas.
Comenzamos nuestro proceso homogenizando la muestra y separándola en un cortador de rifle, luego aglomeramos con ácido sulfúrico 35 Kg/T y rociamos con agua para controlar la humedad.
Luego cargamos la columna y se dejó reposar 24 horas. Después de este proceso comenzó el riego a una tasa de 15 L/H/m2 con una solución de ácido sulfúrico de 12 g/L con bomba peristáltica
Desde el inicio del riego se tomaron muestra cada 24 horas por 7 días (específicamente nuestro proyecto tomaba muestras a las 13:00), se midió volumen de solución de alimentación, volumen de solución de salida (solución rica) y se tomaba una muestra de 60 ml para análisis químico de Cu y H2SO4, por último se medía pH y Eh.
Para finalizar se detuvo el riego y se dejó drenar por 24 horas, a la muestra de drenaje se repite el proceso anterior.
Se descargó la columna, se secó el ripio, se pesó y preparo muestra para análisis químico del ripio por Cu total, Cu soluble
La lixiviación se conoce como una etapa de disolución selectiva de los metales desde los sólidos que los contienen mediante una solución acuosa. La lixiviación en pilas es el método hidrometalurgico mas importante en la extracción del cobre, esta nace de la necesidad de poder recuperar mineral que en planta no pudo extraerse y recuperar minerales de valor económico a través de la irrigación de ácido sulfúrico para así obtener la percolación y se pueda extraer minerales de interés, cuyas leyes no son buenas, pero debido al bajo costo de operación implica obtener ganancias de él. A pesar de que este sea el método más usado, no quiere decir que no presente inconvenientes, vale recordar que antes de acumular el mineral en la pila este es sometido a un proceso de aglomeración el cual consiste en una homogenización del mineral, en palabras más simples la fracción de mineral más fino es adherido al más grueso, por medio de agua y ácido sulfúrico y así permitir una circulación más uniforme de la solución que se encuentra en la pila. Lo que provocará una mayor recuperación de cobre y
evitará posibles inundaciones.
Al extenso de este informe se detallará la lixiviación en pilas por un tiempo de una semana (7 días), se podrá realizar una gráfica que relate la recuperación v/s el tiempo, ya con el grafico a nuestra merced sabremos la cantidad de días convenientes de lixiviación para el mineral oxidado que utilizamos.
OBJETIVOS
Objetivo principal: Lixiviar por un periodo de 7 días un mineral oxidado de cobre,
que se encuentra aglomerado por una dosis de ácido especifico.
Objetivos específicos:
1) Aprender preparación del mineral
2) Conocer y comprender el proceso de aglomeración 3) Determinar la cinética de lixiviación
4) Determinar el tipo de lixiviación 5) Determinar el consumo de ácido
ANTECEDENTES TEÓRICOS
En general, la práctica industrial de la lixiviación, presenta diferentes sistemas de operación que se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y económicos en el análisis de un proyecto. Nosotros simulamos lixiviación en pila a través de una columna, a continuación, los conocimientos previos necesarios para entender y comprender este informe:
-Chancado
: una vez extraído el material (generalmente a rajo abierto), quecontiene minerales oxidados de cobre, la primera etapa de proceso a la que es sometido, es el chancado, esto con el objeto de llevarlo a una granulometría que maximice la extracción. Consiste en un proceso de fragmentación del mineral y se realiza en varias etapas: mediante chancador primario, secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida.
-Proceso de aglomeración
: El proceso de aglomeración tiene como objetivo preparar el material mineralizado para la lixiviación, garantizando un buen coeficiente depermeabilidad de la solución.
Un factor crítico que no ha sido lo suficientemente investigado y que en muchos casos ha inducido fallas e incluso el cierre de plantas en operación es la permeabilidad.
La permeabilidad es dependiente de las características físicas del material en cuanto a proporción de poros, la que depende a su vez, de la proporción entre lamas (granulometrías inferiores a 5 – 10 micrones) finos (granulometrías inferiores a 100-150 micrones) y gruesos, como también del método de formación de las pilas o depósitos.
-Tipos de aglomeración:
Aglomeración por humedad : Este es el proceso más simple de aglomeración y consiste en humedecer el material con líquido hasta alcanzar un contenido de agua que origine una tensión superficial suficiente, de manera que, al colisionar las partículas entre sí, los finos se adhieran a los gruesos. Esta aglomeración suele ser muy débil y sólo se emplea en casos fáciles, con bajo contenido de finos.
Aglomeración por adherentes: Existen ciertos materiales que pueden mejorar la adherencia de las partículas finas a las gruesas, prolongando esta unión tanto en la manipulación como en la operación de lixiviación. Estos materiales adherentes o aglomerantes han sido ampliamente estudiados, principalmente por el USBM de EE.UU.
Aglomerantes más utilizados:
Tipo de
mineral Granulometría Sistema de aglomeración
Aglomerant e
Oro y plata Gruesa (15mmo similar) Sin arcillas
Sistema de cinta simple con descarga en pila o depósito de
lixiviación
Solución de cal
Oro y plata Fina (-15mm omás fino) Sin arcillas
Sistema de tres cintas o una cinta y
artesa vibratoria Cal
Oro y plata
Gruesa (-15mm o similar)
Con arcillas como mínimo y barras mezcladorasSistema de tres cintas en cascada
Cemento y cal Residuos de oro y plata Menor de 0.2mm o más fino
Tambor rotatorio. Artesa inclinada
vibratoria. Cemento ycal
Cobre-uranio
Gruesa de 15mm o similar
Sistema simple de cinta
transportadora sulfúricoÁcido
Cobre
-uranio Fina (-15mm osimilar) Limitada cantidad de arcillas Tamborrotatorio sulfúricoÁcido Codelco Educa
-
Lixiviación en pilas:
La hidrometalurgia es el proceso en cual se obtiene elmineral puro de interés con base en reacciones químicas en solución acuosa. Este proceso se realiza para minerales que son solubles, que en general corresponden
a minerales oxidados.
El proceso hidrometalúrgico más importante es la lixiviación, en la cual el mineral que contiene el metal que se desea extraer se disuelve de un modo selectivo. Si el compuesto es soluble en agua, entonces el agua resulta ser un buen agente para la lixiviación, pero, en general, para la lixiviación se utiliza una solución acuosa de un ácido, una base o una sal. Para la extracción de cobre oxidado se utiliza ácido sulfúrico, que diluye todos los metales que contiene el mineral, incluyendo el cobre. (educarChile)
-Agentes lixiviantes:
En la lixiviación de minerales de cobre, los reactivos normales suelen ser ácido sulfúrico para minerales oxidados y sulfato férrico acidificado en medio oxidante, para minerales sulfurados. Se distinguen dos casos:Lixiviante natural:
Producido por las aguas de lluvia que percolan en el yacimiento, atacando las superficies expuestas y produciendo un lixiviante con contenidos variables de ácido, hierro e incluso cobre, según la estación del año y zonas de producción. Son las aguas de desagüe de minas.
Puede ocurrir que, mezclando aguas de distintas procedencias con sulfato férrico suficiente, se controla tan sólo el pH bajo (añadiendo ácido sulfúrico), para regular la acidez e impedir la precipitación del hierro trivalente a hidróxido, que origina bastantes dificultades en la lixiviación. En caso de escasez de agua, se recircula parte de la solución estéril o se aportan aguas más frescas de otras procedencias.
Lixiviante preparado:
Se emplea el hierro trivalente en forma de sal ácida (sulfato férrico), cuya concentración en Fe3+ y ácido se ajusta según la investigación y experiencia práctica. Normalmente, las soluciones empleadas no suelen ser muy concentradas. El ácido varía entre 4 y 10 % y el hierro, alrededor del 1%. En algunos casos hay una regeneración del lixiviante en el propio proceso. (Codelco educa 2012)
-Tasa de riego:
El riego de las pilas se puede realizar fundamentalmente pordos procedimientos. Por aspersión o por goteo, este último siendo recomendable en caso de escasez de líquidos y bajas temperaturas. En la industria, se utiliza generalmente una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/h/m2. El riego tiene que ser homogéneo. (apunte Hidrometalurgia, G. Cáceres).
MATERIALES Y EQUIPAMIENTO
Carpeta Plástica: Utilizada para la homogenización del mineral,
material impermeable. (ilustración 1)
Divisor de rifle: Utilizada para homogenizar la muestra en partes
iguales en masa. (ilustracion2)
Probeta: Utilizada para medir el ácido, material de vidrio.
(ilustración 3)
Lixiviación
Columna de lixiviación: Utilizada para contener el mineral con ácido
los 7 días de prueba. (ilustración 4)
Ilustración 1
Ilustración 2
Ilustración 3
Bomba peristáltica: Aparato utilizado para bombear
fluido. (ilustración 5)
Medidor pH-Eh: Aparato utilizado en los 7 días para
medir pH y Eh de las muestras tomadas. (ilustración 6)
Recipiente para muestra: Recipiente de 60 ml
utilizado para tomar muestras y enviarlas a análisis químico. (ilustración 7)
DESARROLLO EXPERIMENTAL
A nivel experimental, se llevará a cabo la experiencia de lixiviación en columna a
Ilustración 5
Ilustración 6
nivel de laboratorio. Cada uno de los procesos que esto involucra se muestra a continuación:
1.- Preparación de la muestra de mineral
Inicialmente se tiene mineral oxidado de cobre (12,6 kg) 100% bajo ¾ pulgadas, el cual es depositado en plástico roleador, todo esto con el propósito de homogenizar la muestra. Luego de homogenizada la muestra se debe introducir por el cuarteador de rifle el cual contiene 16 ranuras de 1 pulgada c/u. La muestra de mineral es separado en dos bandejas, obteniendo dos muestras de 6,37 y 6,2115 kg, donde se selecciona la muestra con peso 6,2114 kg, dado que es la que mejor se ajusta con las proporciones de protocolo.
La muestra seleccionada se introduce nuevamente por el cuarteador de rifle, de la cual se obtienen dos nuevas muestras con pesos de 3,01 y 3,20 kg, donde para la experiencia del laboratorio se seleccionó la muestra de menor peso para seguir con el proceso de la lixiviación en columna. Luego se procede a aglomerar la muestra que se seleccionó (3,01 kg), donde se agrega 60,1 cc de solución de ácido sulfúrico (H2SO4) con una concentración de 35 kg/t con 95% de pureza y
densidad 1,84 g/cc.
2.- Carga de la columna
Terminada la aglomeración, se procede a cargar la columna y se deja reposar por 24 h., antes del comienzo del riego se debe calibrar la bomba peristáltica para un flujo de 1,257 cc/min de solución acida, calculada según la tasa de riego (15 L/h/m^2) y el diámetro de la columna (8 cm). Una vez reposado el mineral, se inicia el proceso de riego de la columna (13:00 hrs del jueves 01/09) durante 6 días seguidos.
3.- Seguimiento del proceso
Durante el riego se debe estar evaluando el funcionamiento de la bomba y se deben tomar muestras de 60 ml de la solución rica durante los 6 días cumplido las 24 h desde el inicio del riego, el sexto día se detiene el riego y se deja drenar la columna
durante 24 h, se mide el volumen de la solución rica drenada y de donde se obtiene una última muestra de 100 ml. A cada muestra se le debe medir pH y Eh, para ser enviadas todas juntas a un análisis químico y obtener las concentraciones de cobre y ácido sulfúrico.
4.- Descarga de la columna
Terminado el proceso de drenaje, el ripio húmedo que quedo en la columna se descarga en una bandeja para ser pesada en una balanza, y posteriormente ser puesta en un horno por 24 h para eliminar el contenido de humedad. Una vez sacada del horno, el ripio seco se pesa y finalmente se toman muestra para ser enviados a análisis químico, con el propósito de determinar el contenido de cobre soluble y cobre total.
Todos los datos obtenidos en la experiencia, como cantidad de solución rica obtenida por cada día incluyendo las mediciones de pH y Eh, se deben ir anotando en la bitácora del laboratorio, para llevar un seguimiento de los datos y para ña realización de los cálculos necesarios.
Datos de la muestra obtenida por día
FEC
HA HORA TIEMPO(h) VOLUMEN(ML) PH EH MUESTRA ( g/L)Cu H2SO4(g/L)
01-sep 13:00 0 0 1,49 551,2 inicial 0 15 02-sep 13:00 24 1270 2,382 439,7 1 10 3 03-sep 13:00 48 1470 2,038 439,6 2 4 5 04-sep 13:00 72 1490 1,884 442,3 3 2 7 05-sep 13:00 96 1460 1,75 2 440, 4 4 1 8 06-sep 13:00 120 1600 1,697 433,2 5 0,4 9 07-sep 13:03 144 1460 1,73 361,2 6 0,4 10 08-sep 13:08 DRENAJE 100 1,846 427,2 7 0,4 11
Datos del Laboratorio
Granulometría -3/4 Pulg Altura Inicial Lecho Cm Tasa de Riego 15.00 L/h/ m2 Diámetro Columna 8.00 Cm H2SO4 35.00 Kg/t H2O 10.00 Kg/t
Aglomeración Ácido + Agua
Datos Obtenidos de los Procesos de Laboratorio
Mineral Ripio
Peso H 3.00 kg 2.75 Kg
CuTOTAL 1.20 % 0.48 % CuSOLUBLE 1.10 % 0.33 % CuFINO CuTOTAL 35.46 g. 12.72 g. CuSOLUBLE 32.51 g. 8.75 g. Ley calculada CuTOTAL 1.25 % 4.35 % CuSOLUBLE 1.12 % 1.61 %
Extracción CuSOLUBLE CuTOTAL Balance
Cu solución rica 24.28 24.28 g. Cu en ripio 8.75 12.72 g. CuFINOcabeza 33.03 37.00 g. C/R CC CS 64.13 65.63 68.48 73.10 73.52 74.71 Día Tiempo (hr.) CuSOLUBLE (%) CANETO (kg/T) 0 0 0.00 1 24 38.45 10.09 2 48 56.25 7.96 3 72 65.28 7.63 4 96 69.70 7.81 5 120 71.63 8.13 6 144 73.40 8.44 7 Drenaje 73.53 8.39
Tasa de riego por día Solución de Alimentación Día Vol. (L) Cu (g/L) +¿ H¿ (g/L) pH Eh (mV) d. (g/cc) 0 1 1.80 0.00 15.00 1.15 391 1.22 2 1.80 0.00 15.00 1.15 391 1.22 3 1.80 0.00 15.00 1.15 391 1.22 4 1.80 0.00 15.00 1.15 391 1.22 5 1.80 0.00 15.00 1.15 391 1.22 6 1.80 0.00 15.00 1.15 391 1.22 7 0.00 0.00 0.00 8 10.80 0.00 0.00
Datos de la solución rica tomadas por día
Solución Rica Día Vol. (L) Cu (g/L) +¿ H¿ (g/L) pH Eh (mV) 0 1 1.27 10.00 3.00 1.30 445.00 2 1.47 4.00 5.00 1.20 445.00 3 1.49 2.00 7.00 1.10 445.00 4 1.46 1.00 8.00 1.10 445.00 5 1.60 0.40 9.00 1.10 445.00 6 1.46 0.40 10.00 1.10 445.00 7 0.10 0.40 11.00 1.10 445.00 8 8.85
Masa y porcentaje de cobre extraído
Cu Extraído Extracción
Día Parcial (g) Acumulado (g) CuTOTAL (%) Cusoluble (%)
0 0.00 0.00 0.00 0.00
4 1.46 23.02 62.21 69.70
5 0.64 23.66 63.94 71.63
6 0.58 24.24 65.52 73.40
7 0.04 24.28 65.53 73.52
8 24.28
Consumo de ácido por día
Ácido Consumido
Día Parcial (g) Acumulado (g)
0 105,00 105,0 1 23,19 128,2 2 19,65 147,8 3 16,57 164,4 4 15,32 179,7 5 12,60 192,3 6 12,40 204,7 7 -1,10 203,6
Se puede observar en la tabla que la cantidad de ácido fue disminuyendo al ir pasando los días, y una gran diferencia en el ácido consumido el primer día con respecto al consumido en el último día
Consumo Ácido Conc. promedioacumulado Razón
Día (kg/kg)Total (kg/kg)Neto (kg/t)Total (kg/t)Neto Cu (g/L)
+¿ H¿ (g/L) Lix. ( m3 /t) 0 1 10,09 8,55 43,38 36,76 10,00 3,00 0,61 2 7,96 6,42 50,03 40,35 6,78 4,07 1,22 3 7,63 6,09 55,64 44,40 5,10 5,10 1,83 4 7,81 6,27 60,82 48,83 4,05 5,85 2,44 5 8,13 6,59 65,09 52,76 3,25 6,54 3,05 6 8,44 6,90 69,28 56,65 2,77 7,12 3,65 7 8,39 6,85 68,91 56,25 2,74 7,16
MUESTRA Cu (g/L) H2SO4 (g/L) Inicial 0,0 15,0 1 10,0 3,0 2 4,0 5,0 3 2,0 7,0 4 1,0 8,0 5 0,4 9,0 6 0,4 10,0 7 0,4 11,0
En la tabla se puede observar que al pasar el tiempo la cantidad de cobre fue disminuyendo mientras que el ácido fue aumentando.
RECUPERACION Y CONSUMO DE ACIDO COLUMNA 1
REC. Cu soluble CONS. ACIDO Tiempo de Lixiviación, días Recuperación Cu, % Consumo de ácido, kg/kg
DISCUSIONES
Este trabajo presenta un estudio cinético de los principales procesos involucrados en la lixiviación en columna de minerales oxidados de cobre: como la disolución de
cobre, el consumo de ácido sulfúrico, así como sus leyes. Estos procesos corresponden a los dos criterios indispensables que pueden decidir la viabilidad económica de un proyecto minero. Ambos criterios tienen relación con el costo/beneficio de una empresa minera, de manera que es de suma importancia entender y estudiar previamente el comportamiento de ambos procesos.
Por lo que en este trabajo se pretende dar un enfoque sobre bases conceptuales que permitan comprender a fondo la influencia de la concentración de ácido sobre la cinética de lixiviación del cobre y de consumo de ácido sulfúrico.
La metodología experimental utilizada en este trabajo corresponde a las típicas pruebas realizadas a nivel laboratorio que permiten evaluar de forma rápida los procesos de lixiviación por columna.
En la experiencia de laboratorio realizada se pudo apreciar que la temperatura aumenta cuando se pone en contacto el ácido sulfúrico con el agua dado a la reacción exotérmica que se genera, en la cual se libera energía en forma de calor. También se pudo observar que a medida que se pasaban los días la coloración de la solución rica de los primeros días es más intensa debido a que existe una mayor recuperación de cobre al principio de la experiencia, y a medida que ésta continua la recuperación se hace constante, teniendo coloraciones menos intensas.
CONCLUSION
el porcentaje de cobre soluble, ya que este es el que sirve para los procesos posteriores a la lixiviación (como extracción por solvente, electroobtención, etc). También, en el proceso de lixiviación la solución que contiene ácido sulfúrico es aplicado en la superficie de la columna desde donde fluye a través del mineral oxidado, disolviendo los minerales de cobre, para producir una solución
enriquecida en cobre que se va almacenando en un recipiente que se encuentra debajo la columna, del cual se van sacando las muestra para medir pH y Eh, y posteriormente enviarla a laboratorio para análisis químico.
El proceso de lixiviación en columnas nos muestra que puede ser más rentable para ciertos minerales.
Algunas de sus ventajas serian:
Un bajo capital y costos de operación, una ausencia de molienda, con
requerimiento de chancado y aglomeración, simplicidad de equipos y operación, y una recuperación de mineral de alta pureza.
Durante la lixiviación, cambios físicos, químicos y biológicos toman lugar en el lecho mineral bajo irrigación, dichos cambios afectan el grado de extracción del mineral por lo cual se debe asegurar que las condiciones sean óptimas para el proceso; como por ejemplo el tamaño de partículas y granulometría adecuada, concentración de ácido en la solución, flujo especifico de soluciones, altura de columna, tiempo de lixiviación, consumo de agua. Así se asegura que el proceso sea más eficiente y eficaz obteniendo el mineral en un mayor grado de pureza. En esta experiencia es importante utilizar toda la implementación de seguridad ya que se trabajará con reactivos (ácido sulfúrico), los cuales son dañinos para nuestra integridad.
Como grupo concluimos que tiempo óptimo de lixiviación es de 2 a 3 días, todo esto dependiendo del capital que se tenga.
-CODELCO EDUCA https://www.codelcoeduca.cl -Cáceres. G (Apuntes de hidrometalurgia 2014) -Guía de Laboratorios IMIN316 (Laboratorio N°1)
ANEXO
X kg de ácido 3,01 kg de material X =35 kg∗3,01 kg1000 kg =0,105 kg de ácido
Volumen de ácido equivalente a 105 gramos de ácido
V = 105 g
1,84 g/cc=57.06 cc
El ácido que se utilizo tiene un 95% de pureza.
V =57,06 cc
0,95 =60.1 cc
Tasa de riego de bomba peristáltica
Flujo=area∗tasade riego Area=π∗
(
0.08 m 2)
2 4 =0.005 m 2 Flujo=0.005 m2∗15 L h m2 =0.075 L h∗1 h 60 min∗24 h 1 día ∗6 días=10.857 L Flujo=0.075 L h∗1h 60 min∗1 m 3 1000 L ∗1.000 .000 cm 3 1 m3 = 1,256 cm3 minConsumo de ácido.
Consumode ácido Masa H2SO4=Vsa∗Rsa−Vpls∗Rpls
Donde:
Vsa=Vol . en solucion de alimentacion( L)
Rsa:Relacion en solución de alimentación (g
L)
Vpls:Vol. en solución rica(L)
Rpls: Relación en solución rica(
g L) Día Aglomeración 0 Masa H 2SO4=0.35 kgkg ∗3.01 kg=0.105 kg Día Riego 1 Masa H 2SO4=1.8 L∗15 g L−1,27 L∗3 g L=23,19 g 2 Masa H 2SO4=1.8 L∗15 g L−1,47 L∗5 g L=19,65 g 3 Masa H 2SO4=1.8 L∗15 g L−1,49 L∗7 g L=16.57 g 4 Masa H 2SO4=1.8 L∗15 g L−1.46 L∗8 g L=15.32 g
5 Masa H 2SO4=1.8 L∗15 g L−1.60 L∗9 g L=12.60 g 6 Masa H 2SO4=1.8 L∗15 g L−1,46 L∗10 g L=12.40 g
