PDF OPTIMIZACION DE LA EXTRACCION DE Cu CON LIX 9790N DE SOLUCIONES ... - UNCP

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

TESIS

PRESENTADO POR LOS BACHILLERES:

BASTIDAS HUAMAN, Patricia Yessica CUYOS ROSALES, Lizeth Cynthia

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO QUÍMICO

HUANCAYO – PERÚ 2015

OPTIMIZACION DE LA EXTRACCION DE Cu CON LIX 9790N DE SOLUCIONES LIXIVIADAS

DE MINERALES DE CuO DE LA EMPRESA

FERROQUIMICA A NIVEL DE LABORATORIO

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ASESOR

Ms. OLGA ANGULO GUTIERREZ

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3 DEDICATORIA

Dedico este trabajo a Dios por cuidar y proteger a mi familia. A mis padres Honorato y Alejandrina principales pilares en mi vida, por su amor y apoyo incondicional, por sus consejos para salir adelante y así lograr mis metas. A mis hermanos ya que son mi ejemplo de superación. A mi hermano Freddy por haber depositado toda su confianza en mi persona, por resondrarme cuando era necesario.

A mis sobrinos Zahir, Joaquín, Juan Diego y Akemi por que llenan de alegría cada día de mi vida.

PATRICIA YESSICA

Este trabajo va dedicado primeramente a Dios el todopoderoso por nunca abandonarme y estar a mi lado siempre, a mi mamá Gloria por su entrega incondicional hacia mí, por sus consejos, sus sacrificios ,sus regaños, qué hacen de mí una mejor persona, a mi papá Pepe por su apoyo y cariño que me brinda , a mis hermanos , a mi tía Isabel por el apoyo dado en toda mi carrera, a mis grandes amigos Nina y W aldyr por sus consejos , y confianza puesta en mí, a Carlos por el amor y la paciencia que me brinda día a día y por ultimo a mi Sebastián mi bebe adorado mi principal motivo de seguir adelante.

LIZETH CYNTHIA iii

4 AGRADECIMIENTO

Deseamos expresar nuestro profundo agradecimiento por la colaboración prestada para la realización de este proyecto.

 A Dios por regalarnos el milagro de la vida y guiar nuestros caminos para ser hoy personas íntegras y de éxito.

 A nuestras familias que son nuestra fuerza y brújula en este camino, y que por su apoyo incondicional somos hoy profesionales.

 A la Ms. Olga Angulo Gutiérrez por su asesoría, por motivarnos en el desarrollo de este trabajo y por cultivar en nosotros los valores de respeto, responsabilidad y honestidad.

 Al Ms. Jaime Claros Castellares por brindarnos su apoyo cognitivo y por facilitarnos equipos de alta relevancia para el desarrollo de nuestra tesis.

 Al Ing. Al Ing. Carlos Parí y Oscar Rodríguez por permitirnos realizar nuestra tesis en la Empresa Ferroquimica.

 A la Facultad de Ingeniería Química por permitirnos el uso de sus laboratorios, a todos nuestros catedráticos que durante nuestra estadía como estudiantes nos han regalado lo mejor de sus conocimientos.

 A nuestros jurados, que nos ayudaron a dar lo mejor de nosotros en la elaboración de esta tesis.

 A nuestros amigos que nos han apoyado en diferentes etapas de este trabajo, permitiéndonos alcanzar nuestros objetivos.

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RESUMEN

El presente trabajo de investigación que lleva por título “Optimización de extracción de Cu con LIX 9790N de soluciones lixiviadas de minerales de CuO de la Empresa Ferroquimica a nivel de laboratorio” tiene como objetivo principal Optimizar la extracción de Cu con el LIX 9790 de soluciones lixiviadas de minerales de CuO, controlando la temperatura y el pH para obtener mejores valores óptimos y mejores eficiencias, luego realizaremos las curvas de extracción de Cu y Fe, obteniendo la relación de O/A, por ultimo evaluaremos la concentración de cobre extraído o atrapado en el proceso de SX.

Para llevar a cabo el proceso de optimización de extracción se tuvo que muestrear PLS de las pozas de lixiviación y también se muestreo OD de los tanques del circuito utilizando en método no probalistico deliberadamente. Se desarrolló el análisis de carga máxima para poder saber el porcentaje de extractante presente en el OD resultando un 12 % de Lix 9790N y 88% de ORFOM SX80. Se obtuvo la relación de O/A de 1/1 realizando pruebas a relaciones dando esta como la más adecuada ya que su tiempo de separación de fases es de 90 s dando una continuidad es acuosa. Se realizó la metodología de superficie de respuesta. Se empezó a tratar las 13 muestras de PLS que contenían 3,14 g/L de Cu, los pH a tratar fueron 1,1, 1,5 y 1,9. Las temperaturas fueron 11, 15 y 19. Se realizó las pruebas con cada uno de las características dadas obteniendo como el óptimo para la extracción por solvente con una temperatura de 18,2 °C y 1,706 pH dándose una mejor selectividad Cu/Fe, con una concentracion de cobre extraído de 2,35.

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6 INTRODUCCIÓN

El procesamiento hidrometalúrgico de minerales de cobre consta de operaciones principales como son el chancado, la aglomeración la lixiviación, la extracción por solventes (SX) Este proceso presenta ineficiencias en su operación especialmente en las condiciones de la etapa de lixiviación para poder ingresar al proceso de extracción por solventes.

Es por esta razón que muchas impurezas provenientes de la etapa de lixiviación son arrastradas en las etapas siguientes; una de estas impurezas es el hierro, afecta en la eficiencia, por lo que debe 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.

Para solucionar este problema se ha ido buscando extractantes que sean más selectivos con el cobre realizando experimentos a que condiciones de pH y T°

tendrán mejores recuperaciones de cobre en el SX. En el Perú hay pocas plantas de extracción por solventes, considerando el gran potencial cuprífero que existe en nuestro país. Por tal motivo el presente se debe incentivar el empleo de estos procesos para recuperar cobre y dar mayor valor agregado a nuestros minerales y desarrollar nuestra industria minero-metalúrgica, asimismo motivar el cambio de las políticas encaminadas al desarrollo de la industria minera- metalúrgica para la producción de cátodos de cobre y dejar de ser solo comercializadores de concentrados de cobre como hasta ahora.

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7 OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

 Optimizar la extracción de Cu con el LIX 9790 de soluciones lixiviadas de minerales de CuO en la Empresa Ferroquimica a nivel de laboratorio.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Realizar la curva de extracción del Cu y Fe según el pH y temperatura.

 Obtener la relación orgánico y acuoso.

 Determinar el pH y la temperatura óptima del PLS para una mejor eficiencia de extracción de Cu en la Empresa Ferroquimica.

 Evaluar la concentración de cobre en el proceso de extracción.

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8 NOMENCLATURA

A : Flujo de la fase acuosa en SX

°C : Grados celsius

D : Coeficiente de distribución LIX : Lixiviación

K : Grados kelvin

OC : Orgánico cargado g/L

OD : Orgánico descargado g/L O/A : Relación orgánico acuoso

pH : Potencial de hidrogeno ppm : Partes por millón

PLS : Solución rica en cobre g/L

RAFF : Refino g/L

S : Selectividad

SX : Extracción por solventes g/L

T : Temperatura °C

V : Volumen gastado ml

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9 ÍNDICE

DEDICATORIA iii

AGRADECIMIENTO iv

RESUMEN v

INTRODUCCIÓN vi

OBJETIVOS vii

NOMENCLATURA viii

ÍNDICE ix

INDICE DE FIGURAS xiv INDICE DE TABLAS xv INDICE DE GRAFICAS xvii CAPÍTULO I REVISION BIBLIOGRAFICA 1.1. REVISION BIBLIOGRAFICA 19 1.1.1. ANTECEDENTES 19

1.2. MARCO CONCEPTUAL 20

10

1.2.1. EL COBRE 20

1.2.2. ESPECIES DE MINERALES DE COBRE 23

1.2.2.1. MINERALES SULFURADOS 23

1.2.2.2. MINERALES OXIDADOS 24

1.2.3. METALURGIA DEL COBRE 26

1.2.3.1. PIROMETALURGIA 26

1.2.3.2. HIDROMETALURGIA 28

1.2.4. LIXIVIACION 30

1.2.4.1. LIXIVIACION IN SITU 31

1.2.4.2. LIXIVIACION EN BOTADERO 31

1.2.4.3. LIXIVIACION EN PILAS 32

1.2.4.4. LIXIVIACION EN BATEA O PERCOLACION 32

1.2.4.5. LIXIVIACION POR AGITACION 32

1.2.5. REACCIONES QUIMICAS DE LIXIVIACION 33

1.2.6. PURIFICACION Y CONCENTRACION 33

1.2.7. EXTRACCION POR SOLVENTES 34

ix

11 1.2.7.1. ETAPA DE EXTRACCION O CARGA 36 1.2.7.2. ETAPA DE REEXTRACCION O DESCARGA 37

1.2.7.3. FASE ORGANICA 38

1.2.7.4. FASE ACUOSA 40

1.2.8. EXTRACTANTES 41

1.2.8.1. ESTRUCTURA COMPLEJO FORMADO POR EL

EXTRACTANTE Y EL COBRE 45

1.2.8.2. LIX 9790 N 45

1.2.9. DILUYENTE 46

1.2.9.1. ORFOM SX 80 48

1.2.10. COEFICIENTE DE DISTRIBUCION 49

1.2.11. SELECTIVIDAD 50

1.2.12. INFLUENCIA DEL pH en el LIX 9790N 51

1.2.13. ACIDO SULFURICO 51

1.2.14. TEMPERATURA 52

x

12 CAPÍTULO II

PARTE EXPERIMENTAL

2.1. DISEÑO EXPERIMENTAL 54

2.2. METODOLOGIA DE SUPERFICIE DE RESPUESTA 54 2.2.1. IDENTIFICACION DE VARIABLES Y CONSTANTES 55

2.2.2. VARIABLES 56

2.2.2.1. LA ACIDEZ LIBRE EXPRESADA EN pH 57

2.2.2.2. TEMPERATURA 57

2.2.3. TRATAMIENTO DE DATOS 59 2.3. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS 60

2.3.1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS 60

2.3.2. MATERIALES UTILIZADOS 61

2.3.3. REACTIVOS 61

2.4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL 62

2.4.1. PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE MUESTRA 62 2.4.2. PROCEDIMIENTO PARA ANALISIS FISICOQUIMICO 63

2.4.2.1. DETERMINACION DE LA CARGA MAXIMA 63 xi

13 2.4.2.2. PREPARACION DE LAS 13 MUESTRAS 67 2.4.2.3. PREPARACION ORGAGICO Y LA RAZON O/A 67 2.4.2.4. PRUEBAS DE EXTRACCION POR SOLVENTES 68 2.4.2.5. DETERMINACION DE Cu POR YODOMETRIA 70 2.4.2.6. DETERMINACION DE Fe EN CADA MUESTRA 72

CAPÍTULO III

RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS

3.1. RESULTADOS 73

3.1.1. CARACTERIZACION INICIAL DE LAS MUESTRAS DE

PLS 74

3.1.2. CARACTERIZACION DEL ORGANICO EXTRAIDO DE

PLANTA 75

3.1.2.1. PREPARACION ORGANICO Y RAZON O/A 75 3.1.3. CONCENTRACION DE COBRE EXTRAIDO 76 3.1.4. CONCENTRACION DE Fe EN EL PLS Y REFINO 81

3.1.5. SELECTIVIDAD 84

3.1.6. EFICIENCIAS DE ACUERDO A LAS TEMPERATURAS 85

3.2. ANALISIS DE VARIANZA 89

xii

14 3.2.1. ANALISIS DE VARIANZA PARA EL Cu EXTRAIDO 89

3.2.1.1. MODELO DE REGRESION LINEAL 90

3.2.1.2. CONDICIONES ÓPTIMAS 93

3.3. DISCUSION DE RESULTADOS 99

CONCLUSIONES 101

RECOMENDACIONES 103

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 104

ANEXOS 107

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1: MINERALES SULFURADOS FIGURA 1.2: MINERALES OXIDADOS

FIGURA 1.3: PROCESOS HIDROMETALURGICOS FIGURA 1.4: EXTRACCION POR SOLVENTE FIGURA 1.5: PROCESO LIX- SX

FIGURA 1.6: ETAPA DE EXTRACCION Y REEXTRACCION FIGURA 1.7: REPRESENTACION DE UNA OXIMA

FIGURA 1.8: EXTRACTANTES

FIGURA 1.9: AGENTES DE EXTRACCION DEL COBRE

xiii

15 FIGURA 1.10: CURVA DE EXTRACCION DE ACUERDO AL Ph

FIGURA 2.1: AGITADOR MAGNETICO FIGURA 2.2: pHMETRO

FIGURA 2.3: DESCARGA DEL ORGANICO

FIGURA 2.4: SATURACION DEL ORGANICO CON PLS FIGURA 2.5: DESCARGA DEL ORGANICO SATURADO FIGURA 2.6: REPRESENTACION DE DESCARGAS FIGURA 2.7: MUESTRAS DE PLS

FIGURA 2.8: TOMA DE pH DE MUESTRAS FIGURA 2.9: MEZCLA DE ORGANICO Y PLS FIGURA 2.10: MUESTRAS DE REFINO FIGURA 2.11: ANALISIS DE Cu Y Fe

INDICE DE TABLAS

TABLA 1.1: PROPIEDAD QUIMICAS DEL COBRE TABLA 1.2: EXTRACTANTES COMERCIALES

TABLA 1.3: COMPARACION DE CETOXIMAS Y ALDOXIMAS TABLA 1.4: PROPIEDADES DEL ORFOM SX80

TABLA 2.1: PARAMETROS DE EXTRACCION

TABLA 2.2: VARIABLES NATURALES Y CODIFICADAS

xiv

16 TABLA 2.3: MATRIZ DE DISEÑO

TABLA 3.1: VALORES INICIALES DEL PLS

TABLA 3.2: RESULTADOS DE CARACTERIZACION DEL ORGANICO TABLA 3.3: RESULTADOS O/A = 10/1

TABLA 3.4: RESULTADOS O/A = 5/1 TABLA 3.5: RESULTADOS O/A = 2/1 TABLA 3.6: RESULTADOS O/A = 3/2 TABLA 3.7: RESULTADOS O/A = 1/1 TABLA 3.8: RESULTADOS O/A = 1/2

TABLA 3.9: RESULTADOS EXPERIMENTALES PARA pH 1,1; 1,5; 1,9 a 19°C TABLA 3.10: RESULTADOS EXPERIMENTALES PARA pH 1,1; 1,5; 1,9 a 15°C TABLA 3.11: RESULTADOS EXPERIMENTALES PARA pH 1,1; 1,5; 1,9 a 11°C TABLA 3.12: RESULTADOS DE LAS REPLICAS DE pH 1,5 A 15°C

TABLA 3.13: RESULTADOS DE Fe PARA pH 1,1 A 11,15 Y 19 °C TABLA 3.14: RESULTADOS DE Fe PARA pH 1,5 A 11,15 Y 19 °C TABLA 3.15: RESULTADOS DE Fe PARA pH 1,9 A 11,15 y 19 °C TABLA 3.16: RESULTADOS EXPERIMENTALES TOTALES TABLA 3.17: EFICIENCIAS A 11 °C

TABLA 3.18: EFICIENCIAS A 15 °C

xv

17 TABLA 3.19 EFICIENCIAS A 19 °C

TABLA 3.20: ANOVA PARA CONCENTRACION DE COBRE TABLA 3.21: RESPONSABLES DEL AUMENTO DE COBRE TABLA 3.22: ANALISIS DE VARIANZA

TABLA 3.23: ERROR DE AJUSTE

TABLA 3.24: EFECTOS DE PARAMETROS TABLA 3.25: EFECTOS DE PRUEBA

TABLA 3.26: SOLUCION DE LA SUPERFICIE DE RESPUESTA TABLA 3.27: OPTIMIZACION

INDICE DE GRAFICOS GRAFICA 3.1: pH VS EXTRACCION A 19°C

GRAFICA 3.2: pH VS EXTRACCION A 15°C GRAFICA 3.3: pH VS EXTRACCION A 11°C GRAFICA 3.4: RESULTADOS GENERALES GRAFICA 3.5: SELECTIVIDAD Cu/Fe

GRAFICA 3.6: pH VS EFICIENCIA A 11°C GRAFICA 3.7: pH VS EFICIENCIA A 15°C GRAFICA 3.8: pH VS EFICIENCIA A 19 GRAFICA 3.9: OPTIMIZACION

xvi

xvii

18 GRAFICA 3.10: GRAFICO DE CONTORNOS DE MINITAB

GRAFICA 3.11: GRAFICA DE SUPERFICIE DE RESPUESTA

xviii

19 CAPÍTULO I

REVISION BIBLIOGRAFICA

1.1. ANTECEDENTES

(Soto Barinotto & Solís Solís, 2012),

Utilizaron como extractante al LIX 612N para realizar la caracterización y optimización de SX a nivel de laboratorio, con un inicio de 4,27 g/L de Cu. La relación O/A la cual se realiza para obtener una adecuada recuperación de cobre es la línea de operación pruebas de una O/A igual a 1/1. El pH óptimo para la optimización del proceso es 1,68.

(Hernández Poblete, 2007), En la actualidad Cerro Verde lixivian minerales realizando un control estricto del pH para controlar el Fe en el circuito de extracción por solventes. En esta investigación utilizan el extractante LIX 84 para tener una mejor selectividad de Cu/Fe, teniendo como objetivo determinar el pH y temperatura para tener un mejor control dando como resultado a 1,8 y 19 °C.

(Edgar Ricce, 2011), Optimizaron algunos parámetros de SX, el extractante usado actualmente en la planta del Abra (Chile) es el Acorga M5910. La optimización formula mayor recuperación de cobre, selectividad Cu/ Fe.

Obteniendo como variables optimas a 1,73 de pH dando un 94,5 % de eficiencia.

20 (P. Tapia & O. Pérez, 2005), estudiaron la selectividad Cu/Fe para tener mejores recuperaciones utilizando el extracte LIX 9422. Obteniendo como resultados como pH adecuado a 1,8 y una temperatura de 19 °C. Al inicio se tenía 4,2 g/L Cu atrapando al final 3,1 g/L.

1.2. MARCO CONCEPTUAL:

1.2.1. EL COBRE:

El cobre es un elemento metálico, de color rojizo. Junto a la plata y al oro, forman la “familia del cobre” (los mejores conductores de electricidad).

El cobre es un elemento de transición de la tabla periódica, y su número atómico es 29. (Álvarez Aguayo, 2010)

Ya era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados probablemente fueran de cobre. Se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, Asia Menor, China, sureste de Europa, Chipre (de donde proviene la palabra cobre), Creta y América del Sur. El cobre puede encontrarse en estado puro.(Álvarez Aguayo, 2010)

La mayor parte del cobre del mundo se obtiene de los sulfuros minerales como la calcocita, covelita, calcopirita, bornita y enargita. Los minerales oxidados son la cuprita, tenorita, malaquita, azurita, crisocola y brocantita.

El cobre nativo, antes abundante en Estados Unidos, se extrae ahora sólo en Michigan. El grado del mineral empleado en la producción de cobre ha ido disminuyendo regularmente, conforme se han agotado los minerales

21 más ricos y ha crecido la demanda de cobre. Hay grandes cantidades de cobre en la Tierra para uso futuro si se utilizan los minerales de los grados más bajos, y no hay probabilidad de que se agoten durante un largo periodo. (Soto Barinotto, 2012)

El cobre se caracteriza por su baja actividad química. Se combina químicamente en alguno de sus posibles estados de valencia. La valencia más común es la de 2+ (cúprico), pero 1+ (cuproso) es también frecuente;

la valencia 3+ ocurre sólo en unos cuantos compuestos inestables. (Soto Barinotto, 2012)

Un metal comparativamente pesado, el cobre sólido puro, tiene una densidad de 8,96 g/cm3 a 20 ºC, mientras que el del tipo comercial varía con el método de manufactura, oscilando entre 8,90 y 8,94. El punto de fusión del cobre es de 1083,0 ºC. Su punto de ebullición normal es de 2595 ºC. Es uno de los metales que puede tenerse en estado más puro, es moderadamente duro, es tenaz en extremo y resistente al desgaste. La fuerza del cobre está acompañada de una alta ductilidad. Las propiedades mecánicas y eléctricas de un metal dependen en gran medida de las condiciones físicas, temperatura y tamaño de grano del metal. (Soto Barinotto, 2012)

Propiedades elevadas conductividad del calor y electricidad, gran resistencia a la corrosión, gran maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la

22 plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica.

(Álvarez Aguayo, 2010)

Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4200 kg/cm2. Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones. (Álvarez Aguayo, 2010).

Tabla 1.1. Propiedades químicas del cobre

PROPIEDADES VALORES

Numero atómico 29

Valencias 1,2

Estado de oxidación +2

Electronegatividad 1,9

Configuración electrónica [Ar]3d¹⁰4S¹

Peso atómico 63,546

Densidad (g/mL) 8,96

Punto de fusión (°C) 1083

Punto de ebullición (°C) 2595

Fuente: Tantalean, Guillermo “Introducción a la Metalurgia”, 1990.

23 1.2.2. ESPECIES DE MINERALES DE COBRE

1.2.2.1. MINERALES SULFURADOS

Los minerales sulfurados, primarios y secundarios, generalmente en yacimientos de tipo “porfídico”. Composición química de algunos minerales sulfurados, por ejemplo calcopirita (primario), covelina (secundario), bornita (secundario), calcosina (secundario), enargita (secundario). (Castillo López, 2001).

El tipo de enlace que presentan estos compuestos es en su mayoría covalente, aunque muchos de ellos poseen un marcado carácter metálico, algunos son casi aleaciones. También existen sulfuros, los más simples, con un cierto carácter iónico. (Castillo López, 2001).

La mayor parte de los minerales de esta clase, se hallan en yacimientos de origen hidrotermal, tanto de alta los hipotermales, como de media los mesotermales, e igualmente los de baja temperatura, epitermales. La presencia simultánea del sulfuro y de los cationes metálicos en disolución provoca la precipitación de los sulfuros metálicos en el momento que se alcanza el producto de solubilidad. También se forman sulfuros en rocas sedimentarias y en formaciones carboníferas, piritas, marcasitas. (Casas de Prada, 2006).

24 Figura 1.1. Minerales sulfurados

Fuente: Tantalean, Guillermo “Introducción a la Metalurgia”, 1990.

1.2.2.2. Minerales Oxidados:

Los minerales oxidados son producto de la combinación del oxígeno con un elemento, entre ellos se cuenta oligisto, corindón, casiterita, bauxita.

En un mineral oxidado, el material del mineral ha sido oxidado o erosionado, posiblemente en un área que es atípica de los yacimientos sulfuros primarios, y para los cuales se requiere algún tipo de procesamiento especial.(Castillo Segura Jonathan, 2012).

Composición química de algunos minerales oxidados son azurita, malaquita, brocantita, calcantita, atacamita, crisocola, cuprita. El procesamiento del mineral de óxido de cobre se realiza a través de un proceso hidrometalúrgico llamado extracción por solvente/

electrodeposición.(Castillo Segura Jonathan, 2012).

Los óxidos son minerales en los que el oxígeno forma enlaces con los metales, sólo oxígeno en el caso de los óxidos, y oxígeno con hidrógeno (OH^-) en los hidróxidos. Comprenden unos 250 minerales aproximadamente. (Castillo Segura Jonathan, 2012).

25 El primer paso, la lixiviación, se inicia rociando una solución de ácido sulfúrico y agua sobre una pila de acopio de mineral de bajo grado. El líquido se percola a través de la pila disolviendo los minerales de cobre y produciendo un líquido con contenido de cobre llamado “solución de lixiviación cargada” (PLS). El PLS fluye a un depósito de recolección y luego a una planta de extracción por solvente donde se mezcla con un diluyente para extraer el cobre.

La solución menos el cobre contenido, llamado refinado, es vuelta a cargar y enviada nuevamente a la pila de acopio para ser reutilizada, completando así el ciclo. Las mediciones del flujo volumétrico son necesarias para mantener el control y la eficiencia del proceso. Cáceres German (2012).

Figura 1.2 Minerales oxidados

Fuente: Tantalean, Guillermo “Introducción a la Metalurgia”, 1990.

26 1.2.3. METALURGIA DEL COBRE

1.2.3.1. PIROMETALURGIA

Los procesos pirometalúrgicos (procesos para recuperar un metal a partir del mineral, realizados a altas temperaturas, y con prescindencia de una fase acuosa) han sido empleados por el hombre desde hace largo tiempo. Las alternativas correspondientes a los procesos pirometalúrgicos son los hidrometalúrgicos (reacciones químicas en sistema acuoso), y electrometalúrgicos (reacciones químicas en sistema acuoso o sales fundidas). Ambas alternativas fueron desarrolladas a fines del siglo XIX, pero no con el propósito de reemplazar a la Pirometalurgia sino con la idea de tratar minerales de distinta naturaleza. En efecto, dos son las formas en que tradicionalmente se encuentra el cobre en la tierra; como "óxido", especialmente en aquellas capas de la corteza terrestre más cercanas a la atmósfera, y "compuestos sulfurados", en lugares profundos y alejados del contacto con el oxígeno. Los óxidos de cobre son bastante solubles en soluciones ácidas y la hidrometalurgia es la vía obvia para este tipo de materiales. Los minerales sulfurados son difícilmente solubles en soluciones ácidas, sin embargo, pierden su estabilidad y son fácilmente oxidables a altas temperaturas. (Osvaldo Pavés, 2008)

Cabe hacer notar que el 80% del cobre primario mundial se extrae de minerales sulfurados. (Osvaldo Pavés, 2008).

27 Características de la pirometalurgia:

 Grandes velocidades de reacción.

 El control de la temperatura puede usarse para alterar el equilibrio de la reacción.

 Los sulfuros metálicos son también "combustibles".

 Los flujos involucrados son altamente concentrados en el metal.

 En estado líquido, la mayoría de los metales son inmiscibles con la escoria, es decir, no se mezclan con ésta.

 Los metales preciosos son solubles en el metal fundido (oro, plata en cobre).

 Las presiones de vapor son, por lo general, bastante altas a temperaturas elevadas.

 Invariablemente, todos los procesos Pirometalúrgicos originan subproductos gaseosos.

 Las escorias metalúrgicas son relativamente estables en el medio ambiente natural.

Una alta velocidad de reacción implica menor tiempo de residencia de los materiales en el reactor y, por consecuencia, procesos de producción masivos, característica de los procesos Pirometalúrgicos; contrasta con la reacciones de lixiviación. Estas últimas se llevan a efecto a 25-150 ºC, lo que significa bajas velocidades de reacción y largo tiempo de residencia. (Osvaldo Pavés, 2008)

28 1.2.3.2. Hidrometalurgia:

El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución.

Hidrometalurgia es la aplicación del proceso bastante conocido de extracción y separación de una sustancia soluble de otra insoluble, usando un solvente inorgánico u orgánico, generalmente acuoso, a temperatura y presiones variables. (Dominic Esteban, capitulo 1, 2009).

La hidrometalurgia, consiste en extraer el metal, aplicando reacciones que ocurren en un medio acuoso. La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando soluciones liquidas, acuosas y orgánicas. Se basa en la concentración de soluciones en uno a varios elementos de interés Metales, presentes como iones, que por reacciones reversibles y diferencias físicas de las soluciones son separados y aislados de forma específica. (Dominic Esteban, capitulo 1, 2009) Como resultado se obtiene una solución rica en el ion de interés y con características propicias para la próxima etapa productiva.

Metales como cobre, níquel, vanadio y uranio, son extraídos de esta forma. Por este último metal se dio comienzo a la Hidrometalurgia durante el auge de la industria nuclear apoyada económicamente por la segunda guerra y posteriormente guerra fría. Los procesos hidrometalúrgicos normalmente operan a

29 temperaturas bajas (en el rango de 25ºC). (Dominic Esteban, capitulo 1, 2009).

PROCESOS HIDROMETALURGICOS

• Trituración y molienda: El mineral procedente de la mina se tritura en seco y, posteriormente pasa a un circuito de molienda húmeda, con molino de bolas, para producir una pulpa de mineral fino, con un tamaño de partícula.

• Lixiviación: la pulpa pasa al circuito de lixiviación produciéndose la disolución del cobre contenido en el mineral, pasando el cobre a la solución acuosa. El residuo de lixiviación, que contiene los componentes no lixiviados, es filtrado obteniéndose un residuo sólido seco (estériles de tratamiento).

• Extracción por disolventes orgánicos: La solución acuosa con cobre disuelto pasa al circuito de extracción con disolventes, donde, por medio de un agente de extracción selectivo para el cobre, se logra su purificación y concentración.

• Electrodeposición: La solución acuosa con cobre, concentrada y purificada, pasa a las celdas de electrodeposición, en donde el cobre se deposita sobre los cátodos de acero inoxidable. Los cátodos de cobre de alta

30 pureza (LME Grado "A": 99,9935% Cu) resultantes son desplazados y enviados directamente a la industria de transformación. (Dominic Esteban, capitulo 1, 2009).

Figura 1.3 Procesos hidrometalúrgicos

Fuente: Daniel F.Lovera Dávila, “Procesos Hidrometalúrgicos”

1.2.4. LIXIVIACION:

Se define como un proceso mediante el cual es posible disolver un compuesto metálico soluble contenido en un mineral, pasando el metal al estado de ión, mediante un solvente adecuado o líquido extractor.

(Hernández Poblete, 2007)

En lixiviación, la cantidad de material soluble a separar es, generalmente mucho mayor que en el lavado de las filtraciones ordinarias, de forma que las propiedades de los sólidos pueden variar considerablemente durante la operación de lixiviación. Los sólidos gruesos compactos o granulares pueden ser desintegrados para formar una pulpa o pasta cuando se elimina su contenido en material soluble. (Hernández Poblete, 2007)

31 1.2.4.1. LIXIVIACION IN SITU

Esta operación que algunas veces se llama minería en solución, se refiere a la lixiviación por percolación de los minerales, mediante circulación del disolvente, sobre y a través del cuerpo del mineral.

Frecuentemente se utiliza para obtener sal a partir de los depósitos en la superficie de la tierra, mediante la disolución de la sal en agua, la cual se bombea hasta un pozo, batea o cancha. (Daniel F. Lover, 1999)

1.2.4.2. LIXIVIACION DE BOTADERO

Este método se utiliza para extraer cobre de minerales que tienen baja ley. El material es generalmente un lastre generado en la explotación de minas a rajo abierto, el cual es vaciado sobre una superficie poco permeable y el solvente acuoso es agregado sobre la superficie del botadero. Se percola a través del lecho por gravedad. La solución fuerte que se obtiene por el fondo del botadero es conducida a la planta de cementación, donde se extrae el cobre y la solución remanente es retornada a la lixiviación.

(Daniel F. Lover, 1999)

32 1.2.4.3. LIXIVIACIÓN EN PILAS

Es la técnica de lixiviación de cobre más antigua. Se utiliza en la lixiviación de menas porosas oxidadas, que son apiladas en una cancha previamente preparada. Las menas son de mayor diámetro que los desechos de botaderos. Este método no es aplicable para sulfuros o menas que ocasionen fuerte consumo de ácido. (Daniel F. Lover, 1999)

1.2.4.4. LIXIVIACIÓN EN BATEA O PERCOLACION

Esta técnica consiste en contactar un lecho mineral con una solución acuosa que se inyecta en forma ascendente o descendente, que percola e inunda la batea o estanque. La geometría del lecho la establece la batea (rectangular, cilíndrica), ésta debe contar con un fondo falso filtrante que permite el drenaje de las soluciones. Los minerales a tratar por éste método deben presentar una granulometría intermedia y ciertas características.

Este es uno de los métodos más frecuentemente utilizado en la industria minera. (Daniel F. Lover, 1999)

1.2.4.5. LIXIVIACION POR AGITACION

Las menas de cobre a tratar por este método, deben presentar una ley alta, debido a que la mena debe ser molida finamente, lo cual conlleva mayores costos en la conminación y en el consumo de ácido. (Daniel F. Lover, 1999)

33 1.2.5. PRINCIPALES REACCIONES DE LIXIVIACION

a. Azurita

2𝐶𝑢𝐶𝑂3 (𝑂𝐻)2 + 3𝐻2𝑆𝑂4 3𝐶𝑢𝑆𝑂4 + 2𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂 (1.2)

b. Malaquita

𝐶𝑢𝐶𝑂3 (𝑂𝐻)2 + 2𝐻2𝑆𝑂4 3𝐶𝑢𝑆𝑂4 + 2𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂 (1.3)

c. Crisocola

𝐶𝑢𝐶𝑂³2𝐻²𝑂 + 𝐻²𝑆𝑂4 𝐶𝑢𝑆𝑂⁴ + 𝑆𝑖𝑂 + 3𝐻²𝑂 (1.4)

d. Cuprita

(1.5)

(1.6)

(1.7)

1.2.6. PURIFICACION Y CONCENTRACION:

En el proceso de purificación o de concentracion, existen dos fases en contacto (liquido-liquido).Los procesos de purificación y/o concentración son muy variados y dependen de:

• La naturaleza del elemento deseado.

• Las impurezas presentes en la solución.

• El tipo de proceso de recuperación.

• El grado de pureza deseado para el producto final.

𝐶𝑢₂𝑂+𝐻₂𝑆𝑂₄ 𝐶𝑢𝑆𝑂₄+𝐶𝑢+𝐻₂𝑂

𝐶𝑢 +𝐹𝑒₂(𝑆𝑂₄ ) 𝐶𝑢𝑆𝑂₄+2𝐹𝑒𝑆𝑂₄

𝐶𝑢₂𝑂 +𝐻₂𝑆𝑂₄+𝐹𝑒₂(𝑆𝑂₄)₃ 𝐶𝑢𝑆𝑂₄+2𝐹𝑒𝑆𝑂₄+ 𝐻₂𝑂

34 Los procesos de purificación y/o concentración se pueden dividir en varias categorías:

• Hidrólisis

• Cementación

• Precipitación de un compuesto específico

Al evaluar un proceso de separación, los criterios son la selectividad de la Separación, la recuperación (o grado de remoción) y el consumo de reactivos (o de Energía), estos tres parámetros están relacionados y se necesita hacer la evaluación económica del proceso que se desea utilizar. (Jurgen A. Picardo, 2005)

1.2.7. EXTRACCION POR SOLVENTE

La extracción por solventes (SX), es uno de los procesos más efectivos y económicos para purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de lixiviación.

(Álvarez Aguayo Franco, 2010)

Básicamente, la extracción por solventes es una operación de transferencia de masas en un sistema de dos fases líquidas. Se llama también intercambio iónico líquido y se fundamenta en el principio por el cual un soluto o ion metálico puede distribuirse en cierta proporción entre dos solventes inmiscibles, uno de los cuales es usualmente acuoso y el otro un solvente orgánico como benceno, kerosene, cloroformo o cualquier solvente inmiscible al agua. (Álvarez Aguayo Franco, 2010)

35 Lo anterior es posible debido a que ciertos reactivos químicos orgánicos, tienen un alto grado de afinidad selectiva con determinados iones metálicos, formando compuestos organometálicos y a su vez, no tienen casi ninguna afinidad con iones contaminantes tales como iones de hierro, calcio, magnesio, aluminio, etc. (Álvarez Aguayo Franco, 2010) Por esta razón, la principal aplicación de la extracción por solventes es la separación selectiva de metales. La posterior obtención de dichos metales se realiza mediante un proceso de electro obtención aplicada a soluciones de sulfato de cobre. (Álvarez Aguayo Franco, 2010)

Figura 1.4. Extracción por solventes

Fuente: Franco Álvarez Aguayo

EXTRACCION:

(1.8)

REEXTRACCION:

(1.9)

𝐶𝑢𝑅2(𝑜𝑟𝑔)+2𝐻⁺(𝑎𝑐) → 𝐶𝑢⁺²(𝑎𝑐)+ 2𝐻𝑅(𝑜𝑟𝑔)

𝐶𝑢⁺²(𝑎𝑐)+2𝐻𝑅(𝑜𝑟𝑔) →𝐶𝑢𝑅2(𝑜𝑟𝑔)+2𝐻⁺(𝑎𝑐)

36 Figura. 1.5 Proceso Lix – SX

Fuente: Castillo Segura Jonathan Alejandro 1.2.7.1. ETAPA DE EXTRACCION O CARGA

En dicha etapa, la solución rica es mezclada con un líquido orgánico para transferir el cobre desde la fase acuosa a la orgánica en forma selectiva. Las dos fases luego se separan debido a su insolubilidad. En esta etapa, se carga el orgánico con cobre, generándose el refino y el orgánico cargado. En las etapas de extracción se transfiere la gran parte del cobre de la fase acuosa al orgánico. Dado que los extractantes que se utilizan son selectivos para en cobre, las impurezas permanecen en la solución acuosa.

El refino es retornado a lixiviación.(Casas de Prada Jesús M, 2006) El objetivo del proceso SX es extraer selectivamente el cobre contenido en esta solución rica impura, mediante intercambio iónico entre la fase acuosa (solución rica ó PLS) y el reactivo orgánico.

Este reactivo es capaz de descargar el cobre en una etapa posterior del proceso (reextracción) a una solución de alta pureza y

37 concentración de cobre y ácido, formando un electrolito apto para luego pasar a un proceso de cristalización. (Casas de Prada Jesús M, 2006)

1.2.7.2. ETAPA DE REEXTRACCION O DESCARGA

El orgánico cargado se contacta con un electrolito ácido para transferir ahora el cobre de la fase orgánica al electrolito acuoso. En esta etapa, se descarga el orgánico, generándose el electrolito rico apto para el proceso de electroobtención y orgánico descargado apto para su reciclo a extracción. Adicionalmente en la configuración del circuito de SX, se puede constar con una etapa del lavado si es necesario para el proceso. Esta etapa de carácter secundaria, tiene el propósito de lavar el orgánico cargado con agua adecuada para disminuir el traspaso de impureza hacia el electrolito. (Casas de Prada Jesús M, 2006)

Figura 1.6 Etapa de extracción y reextracción

Fuente: Arredondo Angélica- Procesos Hidrometalúrgicos

38 1.2.7.3. FASE ORGANICA

La operación SX se caracteriza por un sistema heterogéneo de dos fases, una fase acuosa y otra orgánica. La fase orgánica contiene además de un diluyente y a un modificador de fases, un reactivo llamado extractante, que se encarga de extraer el elemento disuelto. Para el caso del cobre los extractantes más usados son del tipo oximas, cuya fórmula estructural es la siguiente. (O. Benavente, 2013)

Figura. 1.7 Representación de una Oxima Fuente: Hernández Poblete, Marcelo Alejandro

El grupo A incide en la reactividad de la oxima y el grupo R es una cadena alifática que aumenta la solubilidad del extractante y del complejo metálico en la fase orgánica. El grupo A puede ser hidrógeno, donde la oxima lleva el nombre de aldoxima o CH3

(también puede ser C6 H5) llamado cetoxima; los primeros poseen una gran capacidad de carga, rápida cinética, sin embargo poseen una fuerza extractiva tan alta que el cobre no se re-extrae bien. Las

39 cetoxima en cambio necesitan una mayor concentración de ácido sulfúrico para la re-extracción y su fuerza extractiva es moderada, estas fueron los primeros reactivos usados comercialmente, funcionan bien con soluciones temperadas (>15ºC) y con un valor de pH superior a 1,7. (Osvaldo Pavés, 2008)

Por estas razones que los extractantes se utilizan en forma de mezcla aldoxima cetoxima o la aldoxima con algún modificador que es un compuesto orgánico polar, que pueden ser alcoholes de cadena larga, nonil-fenol o ciertos esteres cuya función es debilitar la fuerza extractiva de los extractantes. Estos modificadores muchas veces aumentan la viscosidad de la fase orgánica y promueven la formación de borras. (Osvaldo Pavés, 2008)

Además del extractante, en la fase orgánica está presente el diluyente, que es requerido para bajar la alta viscosidad de este.

Para el correcto funcionamiento en la operación SX se requiere entonces una concentración deseada diluyente-extractante. Los diluyentes utilizados corresponden a solventes hidrocarburos. Su elección se realiza principalmente por sus propiedades físicas, en que se considera. (Osvaldo Pavés, 2008)

• Separación de fases

• Punto de Inflamación

• Evaporación

• Solubilidad

40

• Viscosidad

• Toxicidad

La función del diluyente es ser vehículo para el extractante y para el complejo órgano-metálico además de reducir la viscosidad, gravedad específica y el costo volumétrico del extractante.

(Osvaldo Pavés, 2008) 1.2.7.4. FASE ACUOSA

La solución acuosa corresponde a una solución de lixiviación (PLS), que proviene de la lixiviación de pilas. Esta solución está caracterizada por:

• Concentración de cobre e impurezas

• pH de la solución

• Temperaturas de las soluciones

• Concentración de aniones

En el caso del cobre en que hay un sistema de intercambio catiónico, y la estabilidad de este elemento en medio sulfúrico es ión cúprico, el control del potencial y del pH es de vital importancia para evitar la extracción de impurezas asociadas al sistema.

Normalmente junto al cobre disuelto, existen también una serie de impurezas presentes tales como Fe²⁺, Fe³⁺. (P. Tapia, 2005) El nivel de sólidos en suspensión favorece el aumento de la formación de borras en el sistema y al atrapamiento de orgánico por éstos.

41 La temperatura tiene directa relación con las características de separación de fases, los arrastres y la cinética de las reacciones.

Lo recomendable es trabajar a temperatura ambiente (18 a 19°C).

La temperatura tiene un efecto en la viscosidad de las soluciones, debido a que a menor temperatura la viscosidad aumenta. Esta característica es responsable de que la separación de fases sea más rápida a altas temperaturas, al igual que la disminución de arrastres a mayores temperaturas. La velocidad de reacción también se ve disminuida con bajas temperatura, de hecho la velocidad de una reacción. (P. Tapia, 2005)

1.2.8. EXTRACTANTES

Aunque se han propuesto como extractantes una gran cantidad de moléculas con una amplia variedad de funcionalidades extractivas, solo las hidroxioximas (o simplemente oximas) se han usado en las operaciones comerciales de SX para cobre. La estructura básica para estos extractantes de cobre. (Introducción a la metalurgia, 2003)

Figura. 1.8 Extractantes

Fuente: Hernández Poblete, Marcelo Alejandro

42 Según su estructura química y propiedades, existen dos clases de oximas comerciales que cumplen con la estructura general mostrada: las salicil-aldoximas (generalmente llamadas aldoximas), que tienen un hidrogeno como sustitución en el radical A y cuentan con gran fuerza extractiva; y las cetoximas, que poseen un CH3 o un C6H5 en el radical A y cuentan con moderada fuerza extractiva (considera en realidad como baja fuerza extractiva). (FJ. Alguacir, 1999)

Las aldoximas presentan buenas propiedades incluso cuando la operación se realiza a temperatura y/o valores de pH bajos o cuando la concentración de cobre en la disolución a tratar es alta. Sin embargo, sus propiedades se ven afectadas cuando es importante el arrastre de fase acuosa en la disolución orgánica cargada o cuando en el sistema se forman lodos.

Aldoximas y cetoximas tienen dos posibilidades de sustituciones en el radical R, puede ser un radical nonil o un radical dodecil.

Las cetoximas son reportados como extractantes con buen desempeño bajo condiciones adversas, como presencia de partículas finas o sólidos coloidales, también son estables químicamente en condiciones bajo las cuales otros reactivos se degradan, este es el caso del reactivo LIX 9790 N. (FJ. Alguacir, 1999)

Las Aldoximas resuelven el problema de falta de fuerza extractiva y baja transferencia de cobre de los reactivos tipo cetoxima, aunque su fuerza es tal que si se emplean puros, posteriormente el cobre es difícil de reextraer con un electrolito típico, dando como resultado una baja

43 transferencia neta de cobre, por esta razón, estos extractantes se usan en combinación ya sea con un modificador de equilibrio o con una cetoxima. Como grupo, las aldoximas son menos estables que las cetoximas y dentro de los subgrupos, el derivado dodecil es más estable que el nonil. (FJ. Alguacir, 1999)

Las mezclas de cetoxima/aldoxima son reactivos de tercera clase que no se basan en la estructura química, sino más bien en las distintas propiedades y ventajas que exhiben las mezclas. Estas mezclas abarcan el rango desde extractantes moderadamente fuertes a muy fuertes, dependiendo de la relación cetoxima/aldoxima, por ejemplo, una mezcla de alto contenido de cetoxima será apropiada para soluciones de lixiviación de alto pH, ya que la mezcla se re extraería muy bien, manteniendo la fuerza extractiva necesaria para lograr una alta recuperación de cobre.

Por último, mencionar las mezclas cetoxima/aldoxima modificadas, denominadas MAK, consistentes en mezclas de cetoximas/aldoximas a las cuales se agregó una pequeña cantidad de modificador de equilibrio.

(FJ. Alguacir, 1999)

Los agentes extractantes son producidos y comercializados principalmente por dos empresas, Cognis con su línea LIX y Cytec con su línea de productos. (FJ. Alguacir, 1999)

44 Tabla. 1.2. Extractantes comerciales

Fuente: Castillo Segura Jonathan Alejandro, 2012.

Tabla. 1.3 Comparación de propiedades de cetoximas y aldoximas

Fuente: Castillo Segura Jonathan Alejandro, 2012.

Extractante Descripción

M 5640 Nonilaldoxima modificada

M 5774 Nonilaldoxima modificada, concentrada M 5850 Nonilaldoxima modificada, antinitrante

LIX 860N-I Nonilaldoxima

LIX 860N-IC Nonilaldoxima concentrada LIX 612N-LV Nonilaldoxima modificada LIX 984N-LV Nonilaldoxima modificada

LIX 984N-C Mezcla 1:1 de Nonilaldoxima y cetoxima concentrada LIX 9790N Mezcla 1:3 de Nonilaldoxima y cetoxima

LIX 84-IC Cetoxima concentrada

LIX 8180 Cetoxima potenciada

Propiedad Cetoxima Aldoxima Mezcla Extracción moderada muy buena a la medida Reextracción muy buena Buena a la medida Selectividad Cu/ Fe excelente excelente excelente

Cinética muy buena excelente muy buena Separación de fases rápida rápida rápida

Estabilidad muy buena muy buena muy buena Formación de lodos lenta lenta lenta

45 1.2.8.1. Estructura general del complejo formado por el

extractante y el cobre.

Las hidroxioximas, tienen dos grupos activos, uno es el OH del grupo fenólico, que presenta una acidez baja y otro es el grupo oximino el que existe un átomo de nitrógeno con un par de electrones libre. Como resultado, se forma un complejo con el cobre que presenta la siguiente figura. (FJ. Alguacir, 1999)

Figura 1.9 Agentes de Extracción del cobre

Fuente: FJ. Alguacir – Agentes de extracción 1.2.8.2. LIX 9790 N

La mayoría de las plantas (75%) utilizan una mezcla de cetoxima/ aldoxima no modificada, principalmente LIX 9790N y LIX 984N. Aunque los sólidos suspendidos en el PLS afectan generalmente la operación por un aumento en la generación de

46 borra cuando su concentración sobrepasa 50 ppm, varias plantas operan a niveles mayores de 500 ppm con resultados aceptables. (MCT Redbook by Cognis Group, 2008)

Sus características principales son:

 Densidad : 0,91 g/cc

 Color : ámbar

 Punto de inflamación : 70 °C

 Selectividad Cu/Fe : Cu

 Separación de fases: 90 segundos.

 Cinética de extracción: > 95% en 60 segundos.

1.2.9. DILUYENTE

El diluyen se usa para reducir la viscocidad de la fase oranica permitiendo que fluya facilmente, tambien, paa reducir la excesiva concentracion del extractante. El diluyente es por lo general el que tiene mayor proporcion en el organico.

Si consideramos las prácticas industriales, es conocido que el máximo porcentaje en volumen que se puede utilizar de extractante es un 30%, significa que siempre el disolvente estará en mayor cantidad en la fase orgánica, aportando propiedades físicas adecuadas a la fase en términos de densidad, para permitir una separación en tiempos adecuados con menores arrastres, por lo tanto es un factor de importancia dentro de una planta SX. (Company LP Mining Chemicals, 2008)

47 Los diluyentes usados en el proceso de extracción por solventes son de gran importancia, si se considera que su función principal es ser el vehículo para el agente extractante y para el complejo órgano-metálico, también diluye la concentración de la oxima, permitiendo adecuarse a las concentraciones de las soluciones acuosas. Debido a la alta concentración de disolvente, este altera tanto las propiedades químicas como las físicas del sistema SX, en la mayoría de los casos el rol del diluyente en la química del sistema no es significativo y la elección del diluyente se hace por las propiedades físicas, tales como separación de fases, punto de inflamación, evaporación, solubilidad del reactivo y del complejo metálico. (Ricce Edgar, 2011)

Es muy importante en todo caso desplegar el máximo esfuerzo en la selección del diluyente, y más adelante en el monitoreo de la calidad de los suministros para reposiciones, porque no son sustancias del todo inertes, sino que interactúan con el extractante y/o con el complejo de cobre, esto queda demostrado al cambiar el tipo de disolvente, lo que ha reportado casos en que la cinética del sistema ha cambiado. Algunas propiedades y características que los disolventes comerciales deben cumplir son: (Ricce Edgar, 2011)

 Propiedades físicas adecuadas, en especial baja viscosidad y densidad.

 Estabilidad química.

 Baja volatilidad.

48

 Disolvente del reactivo extractante y del complejo

organometálico.

 Fácilmente accesible en grandes volúmenes y a un bajo

costo.

 Compatible con la salud y seguridad de los trabajadores, lo que implica que no puede ser tóxico, cancerígeno o altamente inflamable.

En la práctica industrial, se usan como diluyentes hidrocarburos de alto punto de inflamación y de elevada solubilidad con los extractantes y los complejos de cobre, lo que se asegura con un cierto contenido de hidrocarburos aromáticos. Se sabe que los contenidos altos de aromáticos son una desventaja tanto para el equilibrio de extracción como para la cinética, de ahí entonces que el nivel óptimo de aromáticos es el mínimo que asegure los requerimientos de solubilidad. (Ricce Edgar, 2011)

1.2.9.1. ORFOM SX 80

Es un destilado de petróleo que es una inflamación más alta, diluyente altamente eficaz para uso en la extracción de solvente de metales. ⁽¹³⁾

El ORFOM SX 80 diluyente muestra excelentes propiedades de separación de las fuerzas de fase, así como cinética de extracción rápidos. SX 80 se fabrica para concentrar. (Company LP Mining Chemicals, 2008)

49 Tabla. 1.4. Propiedades del ORFOM SX80

PROPIEDADES VALOR

Densidad kg/l 60°F(15.6 °C) 0,82

Libras por galón 6,83

Flash point 170°F(77°C)

Presión de vapor (psia) 80°F (27°C) < 0,1

Fuente: Company LP Mining Chemicals ORFOM® SX 80 Solvent Extraction Diluent

1.2.10. COEFICIENTE DE DISTRIBUCION

También conocida como relación O/A o razón. Al contactar la solución acuosa que contiene al cobre esta se extraer con una fase orgánica inmiscible, el elemento se distribuirá entre las dos fases hasta alcanzar el equilibrio. La concentración del elemento en el equilibrio dependerá de su afinidad relativa (o solubilidad) por ambas fases.

La razón entre la concentración del metal en la fase orgánica y acuosa, en el equilibrio, define al coeficiente de distribución D (o coeficiente de extracción).

La extracción o reextracción se llevan a cabo en mezcladores y decantadores y produce la dispersión de una fase en la otra en forma de pequeñas gotitas, Un sistema de extracción por solventes implica una transferencia de masa del elemento a purificar del acuoso a una fase orgánica o viceversa. (III Taller de hidrometalurgia del cobre, 2005) Se produce al contactar una solución acuosa que contiene al elemento M que interesa extraer con una fase orgánica inmiscible, el elemento se

50 distribuirá entre las dos fases hasta alcanzar el equilibrio. La concentración del elemento en el equilibrio dependerá de su afinidad relativa (o solubilidad) por ambas fases. La razón entre la concentración del metal en la fase orgánica y acuosa, en el equilibrio, define al coeficiente de distribución D (o coeficiente de extracción E A O). (III Taller de Hidrometalurgia del Cobre, 2005)

(1.10)

1.2.11. SELECTIVIDAD

Al existir más de una especie química en la solución lixiviada (PLS) dará lugar a que dichas especies se distribuyan entre las fases acuosa y orgánica de acuerdo a sus respectivas solubilidades. Las diferencias en las solubilidades entre ambas fases se pueden aprovechar para extraer las especies más solubles y separarlas de las menos solubles. De esta forma, es posible establecer el concepto de factor de separación como la relación de los coeficientes de distribución de dos especies distintas (DM y DN), que realmente mide la posibilidad de separación de las especies M y N y que se conoce con el nombre de selectividad y también se halla por la división de concentracion M y N en la fase orgánica. (III Taller de Hidrometalurgia del Cobre, 2005)

(1.11) 𝐷 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑀𝑒𝑛𝑙𝑎𝑓𝑎𝑠𝑒𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎

𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑀𝑒𝑛𝑙𝑎𝑓𝑎𝑠𝑒𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎 = ^𝑀_𝑀^𝑂

𝐴 = 𝐸 _𝐴^𝑂

𝑆 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑀𝑒𝑛L 𝑓𝑎𝑠𝑒𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐ion 𝑁𝑒𝑛L𝑎𝑓𝑎𝑠𝑒𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎

51 𝑅₃𝑁_𝑜𝑟𝑔+ 𝐻⁺𝑎𝑐 ↔ [𝑅₃𝑁𝐻]⁺_𝑜𝑟𝑔

1.2.12. INFLUENCIA DEL pH

Extractibilidad de elementos metálicos disueltos, en función del pH, con una oxima comercial (LIX 9790). ⁽²⁰⁾

Figura. 1.10 Curva de extracción de acuerdo al pH Fuente: Fuente: MCT Redbook by Cognis Group, 2008.

1.2.13. ÁCIDO SULFURICO

El ácido sulfúrico en la industria de la hidrometalurgia es utilizado el proceso de lixiviación.

Como promedio se consumen alrededor de 3,1 toneladas de ácido por cada tonelada de cobre refinado proveniente de la ruta hidrometalúrgica.

Hay muchas reacciones importantes en hidrometalurgia que muestran una dependencia del nivel de acidez libre, que se expresa mediante el nivel de pH, Entre ellas se pueden destacar. (Ricce Edgar, 2011)

a. Reacciones de protonacion de aminas terciarias

(1.12)

52 𝐻₂𝑆𝑂₄ ↔ 𝐻⁺+ 𝐻𝑆𝑂₄⁻

b. Equilibrio químico de tipo acido-base

(1.13)

(1.14) c. Extractantes (expresados como RH) que operan en base al

intercambio cíclico de un ion de hidrogeno:

(1.15) 1.2.14 TEMPERATURA

La temperatura es un parámetro muy importante para el proceso extracción por solventes. (Dominic Esteban, capitulo 14, 2009)

Existen varias maneras en que la temperatura puede afectar al proceso de extracción por solventes, actuando sobre: El equilibrio de la

extracción.

 Las cinéticas de transferencia del metal.

• La solubilidad de las especies extraídas.

Normalmente la separación de fases es más rápida temperaturas altas y los arrastres son más bajos. Por esta razón, las plantas de SX operan más reposadas y con menos problemas cuando las temperaturas aumentan. Existen casos de plantas comerciales de SX, en que calientan las soluciones ricas en el invierno para ayudar la separación de fases, para disminuir los arrastres y/o mejorar la cinética de extracción.

𝐻𝑆𝑂₄⁻ ↔ 𝐻⁺+ 𝑆𝑂₄²⁻

2𝑅𝐻_𝑜𝑟𝑔+ [𝑀𝑒²⁺𝑆𝑂₄²⁻]

𝑎𝑐 ↔ 𝑅₂𝑀𝑒_𝑜𝑟𝑔+ [2𝐻⁺𝑆𝑂₄⁻²]𝑎𝑐

53 Al mismo tiempo

Se observa que la selectividad Cu/Fe cuando la temperatura aumenta moderadamente, la extracción de Cu crece y la extracción de Fe disminuye.

54 CAPITULO II

PARTE EXPERIMENTAL

El trabajo experimental se realizó en el laboratorio de Física de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú. Las pruebas experimentales para la optimización de extracción de Cu con Lix 9790N de soluciones lixiviadas de minerales de CuO de la Empresa Ferroquimica a nivel de laboratorio se realizaron por el método Extracción por Solventes.

2.1. DISEÑO EXPERIMENTAL

El diseño experimental es un acercamiento científico que permite entender mejor un proceso y a determinar la manera en que las variables de ingreso afectan la variable de salida. Las condiciones de cada una de las variables de ingreso (temperatura y pH) tienen efecto en la respuesta (Optimización de extracción de Cu con lix 9790N de soluciones lixiviadas de minerales de CuO de la Empresa Ferroquimica a nivel de laboratorio), algunas tendrán algún efecto más pronunciado que otras. Además estas variables interactúan entre sí, es decir, se desarrolla entre ellas una dependencia que modifica su efecto individual. Un aporte tan importante como el de evaluar el efecto de cada variable, es que un diseño experimental también permite medir el nivel entre las variables de ingreso y fijar los mejores valores de estas variables de modo que la respuesta proporcione las mejores condiciones.

2.2. METODOLOGIA DE SUPERFICIE DE RESPUESTA

Es un conjunto de técnicas matemáticas utilizadas en el tratamiento de problemas en los que una respuesta de interés está influida por varios factores de carácter cuantitativo. El propósito inicial de estas técnicas es diseñar un

55 pH

H T

Concentracion de cobre atrapado o

extraido

Eficiencia

experimento que proporcione valores razonables de la variable respuesta y, a continuación, determinar el modelo matemático que mejor se ajusta a los datos obtenidos. El objetivo final es establecer los valores de los factores que optimizan el valor de la variable respuesta.

Dónde:

N° pruebas = mⁿ

m: representa las variables.

n: representa los niveles.

2.2.1. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES Y CONSTANTES

Las variables que fueron consideradas y evaluadas durante el proceso:

Variables independientes Variable dependiente Efecto final

Las constantes involucradas en el proceso de optimización de extracción de Cu con lix 9790N de soluciones lixiviadas de CuO de la Empresa Ferroquimica a nivel de laboratorio.

56

Tabla. 2.1. PARÁMETROS DE EXTRACCIÓN

Fuente: elaboración propia

2.2.2. VARIABLES

Las variables que fueron considerados y evaluadas durante el proceso de optimización de extracción de Cu con lix 9790N de soluciones lixiviadas de CuO de la Empresa Ferroquimica a nivel de laboratorio, fueron definidos por revisión bibliográfica tomando como punto de partida nuestra solución lixiviada de CuO(solución acuosa) cuyas características o propiedades pueden ser controladas y modificadas, por lo tanto, usadas para tener una mayor extracción y/o purificación que intervienen en la etapa de extracción. Estas características son:

 La acidez libre , expresada como pH

 Temperatura

CONSTANTE UNIDAD VALOR Presión atmosférica:

Concentración de Cu en el PLS

mmHg 520

Concentracion de PLS (g/L) 3.14

Agitación rpm 60

Continuidad Acuosa

O/A(Mediante una Prueba) 1:1

Volumen de Orgánico Ml 100

Volumen de Acuoso mL 100

Tiempo de residencia S 90