1 OPTIMIZACION Y TECNICAS MODERNAS EN HIDROMETALURGIA Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 2 INDICE 1. INTRODUCCION ........................................................................ Diap. 7 2. LIXIVIACION DE MINERALES .................................................. Diap. 12 2.1 Química y Mecanismos de la Lixiviación de Minerales Oxidados de Cobre 2.2 Química y Mecanismos de la Lixiviación de Minerales Sulfurados de Cobre en Medio Fe+3/H2SO4 2.3 Cálculo del Potencial de una Solución 2.4 Influencia de las Especies Mineralógicas en la Lixiviación 2.5 Importancia de las Especies de la Ganga en la Lixiviación 2.6 Consumo de Acido de un Mineral Oxidado 2.7 Actuación del Fierro en Solución 2.8 Métodos de Lixiviación Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 3 2.9 Lixiviación en Botaderos 2.10 Las Bacterias y su Acción sobre los Sulfuros 2.11 Lixiviación Bacteriana 2.12 Aplicaciones Industriales de la Lixiviación Bacteriana 2.13 Influencia de las Condiciones Ambientales y Concentraciones de Nutrientes 2.14 Lixiviación en Pilas 2.15 Aglomeración y Curado 2.16 Pilas de Lixiviación-tipos de Pila de Lixiviación 2.17 Sistema de Riego 2.18 Principales Variables Industriales del Proceso de Lixiviación 2.19 Evaluación de Proceso Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 4 3. EXTRACCION POR SOLVENTE DESCRIPCION DEL PROCESO, ETAPA DE EXTRACCION Y REEXTRACCION .........Diap. 194 3.1 Introducción 3.2 Descripción del Proceso de SX. 4. CARACTERISTICAS DEL REACTIVO EXTRACTANTE ORGANICO Y DEL DILUYENTE ................................................... Diap. 210 4.1 Características del Reactivo Extractante Orgánico 4.2 Características de los Diluyentes 4.3 Características de las Soluciones Acuosas que afectan el Proceso de SX. 5. ANALISIS FISICO DEL PROCESO DE EXTRACCION POR SOLVENTE, CONCEPTO DE FASE CONTINUA Y FASE DISPERSA, SEPARACION DE FASES .............................. Diap. 235 5.1 Concepto de Fase Continua y Dispersa. 5.2 Mezclador - Sedimentador 5.3 Funciones y Características Principales. 5.4 Separación de Fases 5.5 Antecedentes Operacionales 5.6 Generación de Borras Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 5 6. ELECTROOBTENCION, DESCRIPCION DE CELDA ELECTROLISIS ............................................................................. Diap. 288 6.1 Introducción 6.2 Reacciones Redox 6.3 Electrodos 6.4 Celdas Electrolíticas 6.5 Reacciones y Electrodos en el Proceso de Electroobtención de Cobre 7. REACCIONES CATODICAS Y ANODICAS .............................. Diap. 305 7.1 Reacciones Parásitas 8. ROL DE LOS ELECTRODOS, ROL DE ELECTROLITO Y PARAMETROS DE CONTROL DE PROCESOS ELECTROLITICOS ......................................................................... Diap. 350 8.1 Condiciones de Operación 8.2 Parámetros Operacionales de Control de Proceso 8.3 Problemas Técnicos en EO de Cu 8.4 Prácticas Operacionales Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 6 1. INTRODUCCION Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 7 La hidrometalurgia se desarrolla en general en tres etapas sucesivas: • La primera etapa es conocida como “lixiviación” y consiste en la disolución selectiva de los metales en una solución acuosa, desde los minerales que los contienen. • En la segunda etapa se realiza la “purificación y/o concentración” de la solución en los metales que se busca recuperar. Extracción por solvente en el caso del cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 8 • En la tercera etapa se recuperan selectivamente las especies metálicas disueltas en el medio acuoso generado. En el caso del cobre a través de electroobtención. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 9 Mineral Reducción de Tamaño PLS Lixiviación Refinbo Extracción Orgánico Descargado Orgánico Cargado Stripping Avance Electroobtención Cátodos Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Spent RECUPERACION DE COBRE MEDIANTE EXTRACCION POR SOLVENTES Solución ácida Extractante Solución de cargado con cobre stopping ELECTROWINNING Cátodo de cobre de alta pureza Pila de mineral Refina Electrolito rico con cobre Estanque de solución LIXIVIACION Sedimentador Extractante recargado Mezclador Alimentación EXTRACCION Etapa de Etapa de Stripping Extracción POR SOLVENTES Solución con contenido de cobre Orgánico cargado Electrolito de avance Celda de .minning Refino retornando a lixiviación Electrolito open Orgánico descargado Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 10 11 2. LIXIVIACION DE MINERALES Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 12 LIXIVIACION DE MINERALES Los minerales de cobre se pueden encontrar en la naturaleza como óxidos de cobre o como sulfuros de cobre, siendo esta mineralogía importantísima en la respuesta metalúrgica del sistema. Entre las especies oxidadas que se encuentran más recurrentemente son: Malaquita : Cu2(OH)2CO3 Azurita : Cu3(OH)2(CO3)2 Cuprita : Cu2O Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 13 Tenorita : CuO Antlerita : Cu2 (OH ) 4 SO4 Brochantita : Cu4 (OH )6 SO4 Chalcantita : CuSO4 5H 2O Atacamita : Cu4 (OH )6 Cl2 Crisocola : CuSiO3 2H 2O Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 14 Entre las especies sulfuradas que se encuentran más abundantemente se destacan: Calcopirita : CuFeS 2 Bornita : Cu5 FeS 4 Calcosina : Cu2 S Covelina : CuS Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 15 Oxidos: • Disolución de la Malaquita: Cu2 (OH ) 2 CO3 2H 2 SO4 2CuSO4 CO2 3H 2O • Disolución de la Azurita: • Cu3 (OH ) 2 (CO3 ) 2 3H 2 SO4 3CuSO4 2CO2 4H 2O Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 16 • Disolución de la Cuprita: Cu2O 1 / 2O2 2H 2 SO4 2CuSO4 2H 2O • Disolución de Tenorita: CuO H 2 SO4 CuSO4 H 2O • Disolución de la Atacamita: Cu4 (OH )6 Cl2 3H 2 SO4 3CuSO4 CuCl2 6H 2O • Disolución de la Crisocola: CuSiO3 2H 2O H 2 SO4 CuSO4 SiO2 nH 2O (3 n) H 2O Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 17 Sulfuros • Disolución de la Calcopirita CuFeS 2 2Fe2 (SO4 )3 CuSO4 5FeSO4 2S 0 • Disolución de Covelina: CuS Fe2 (SO4 )3 CuSO4 2FeSO4 S 0 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 18 2.1 QUIMICA Y MECANISMOS DE LA LIXIVIACION DE MINERALES OXIDADOS DE COBRE Los minerales oxidados de cobre son tratados generalmente por métodos hidrometalúrgicos. La química fundamental de la lixiviación de estos minerales no es compleja. La limitante de estos procesos se relaciona, más bien, con las dificultades del manejo de materiales resultantes del gran volumen de soluciones y del alto tonelaje de minerales de baja ley en tratamiento, más que a la complejidad de los problemas metalúrgicos o químicos propios del sistema. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 19 +1,5 O2 HO2- H2O2 Ambiente Acido 103 atm O2 Diagrama Eh/pH para la estabilidad del agua a 25ºC, mostrando los campos de estabilidad de varios otros compuestos derivados del agua. Zona Oxidante 1 atm O2 REGION DE ESTABILIDAD DEL AGUA Eh [volts] H+ OH- 0 Ambiente Alcalino Zona Reductora H2 1 atm H2 103 atm H2 H-1,3 14 0 pH Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 20 malaquita brochantita antlerita Cu2+ (10- 1m/l) chalcanita 1.3 tenorita 10-1 P O2 (atmósferas) cuprita Eh [Volts] calcosita 10-40 covelina 0 parte superior de la napa de agua bornita calcopirita calcosina Cu 10-65 Diagramas potencial versus pH, a 25ºC, que muestra los campos de estabilidad de los principales especies minerales de cobre en el sistema Cu-S-H2O. 10-83 0 7 14 pH Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 21 La reacción de lixiviación puede favorecerse empleando concentraciónes elevadas de lixiviante. Sin embargo, se favorecen también las reacciones con la ganga asociada a los minerales, co-disolviéndose una mayor cantidad de impurezas que terminan por contaminar las soluciones de lixiviación. Esto último encarece el proceso hidrometalúrgico y afecta la recuperación global del mismo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 22 De este modo, la disolución de minerales oxidados de cobre (de baja ley) sólo puede favorecerse, y con ello, la respuesta del proceso, o aumentando el tiempo de contacto entre el mineral y las soluciones lixiviantes, y/o el área de contacto o de reacción entre los mismos, para lo cual se necesita un tamaño adecuado del mineral para el proceso. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 23 En definitiva, las variables: tiempo, tamaño de partículas y con menor flexibilidad la concentración del lixiviante, son los factores que deberán ser cuidadosamente seleccionados y optimizados en la operación de cualquier planta hidrometalúrgica que trata minerales oxidados de cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 24 Los minerales oxidados de cobre más fáciles de lixiviar son los sulfatos y sulfatos básicos (antlerita y brochantita). En el caso de la chalcantita, puede disolverse en agua pura sin necesidad de agregar ácido sulfúrico. Es el tipo de lixiviación empleada en minerales naturales que pueden encontrarse en climas desérticos, en el cual el agua actúa como lixiviante y solvente. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 25 +1,2 O2 H2O -3 AREA DE DISOLUCION -6 AREA DE PASIVACION ZONAS DE CORROSION CuO Cu2+ Eh [Volts] S0+ 2CuO2 +CuS 0 Cu2O H2O H2 CuS Cu0 Cu2S Diagrama Eh vs pH para el sistema CuS-O-H2O, a 25ºC, en el que se muestran las fases estables de los sulfuros de cobre, asumiendo aazufre=10-1. -1,0 0 pH 14 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 26 Los carbonatos, como malaquita y azurita, se disuelven con una alta velocidad de reacción y eficiencia, eso sí mayores consumos de ácido. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 27 Los silicatos de cobre, han resultado ser comparativamente menos solubles. La dioptasa presenta una lenta cinética de disolución, pudiéndose considerar como refractaria a la lixiviación ácida tradicional. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 28 La crisocola es altamente más lixiviable que la especie anterior; pero en grado menor a los sulfatos básicos, carbonatos o tenorita. Requiere de mayor tiempo de reacción y concentraciones de ácido más altos para su total disolución; pero no necesita, tampoco de un agente oxidante para lixiviarse. Aún cuando no se presentan datos precisos para atacamita, su disolución es rápida y comparable a la de los carbonatos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 29 La complejidad de los minerales oxidados es proporcional al contenido de atacamita en la mena a lixiviar. A mayor cantidad, mayor es la dificultad y más complejo es el proceso posterior a la lixiviación. El efecto de los iones Cl- en electroobtención, aún cuando la cuantificación de su acción no ha sido explicada con exactitud, estaría dada por una mayor corrosión del ánodo insoluble de Pb-Sb-Ag y consecuentemente, por una mayor contaminación del cátodo de cobre por Pb. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 30 En particular, las principales especies de hierro asociada a minerales de cobres son las siguientes: pirita, arsenopirita, pirrotita, limonita, hematita y magnetita. La mayoría de ellas son insolubles en soluciones de ácido sulfúrico, exceptuando la limonita que reacciona de acuerdo a la siguiente reacción. 2Fe2O3x3H2O + 12H+ = 4Fe3+ + 9H2O Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 31 2.2 QUIMICA Y MECANISMOS DE LA LIXIVIACION DE MINERALES SULFURADOS DE COBRE EN MEDIO Fe+3/H2SO4 Los minerales sulfurados de cobre requieren la presencia de un agente oxidante y condiciones de pH, para efectuar su disolución. Las reacciones son de óxido-reducción y en ciertos casos, para favorecer el proceso, se necesitan condiciones de temperatura y presión. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 32 En el tratamiento de minerales mixtos, la presencia del agente oxidante está dada por los iones férricos, generados en el mismo proceso. Las soluciones que contienen estos iones son agentes oxidantes enérgicos con un potencial de oxidación de aproximadamente 0,6 – 0,8V. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 33 Sobre la base de lo anterior puede señalarse que cuando un mineral sulfurado de cobre está en contacto con soluciones aciduladas que contienen iones férricos, termodinámicamente cabe esperar la disolución del cobre como Cu++, en conjunto con iones Fe++ y sulfato o bisulfato. Estos últimos, productos de la oxidación del azufre asociado a la especie sulfurada en cuestión. Es decir, cabe esperar las siguientes reacciones de lixiviación. MS + 8Fe3+ +4H2O = M2+ + SO42- + 8H+ + 8Fe2+ MS + 8Fe3+ +4H2O = M2+ + HSO4- + 7H+ + 8Fe2+ Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 34 Cu++ + Fe+++ +1.4 +1.2 +1.0 +0.8 SISITEMA LIXIVIACION ACIDA DE COBRE ZONA DE TRABAJO Cu++ + Fe2O3 Cu++ + Fe2O3 +0.6 +0.4 Cu++ + Fe++ - CuO + Fe2O 3 +0.2 0.0 Fe2O3 + CuO2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 Cu + Fe -1.0 -1.2 -1.4 0 2 4 6 10 8 12 14 16 18 20 pH Sistema Cu-Fe-S-O-H a 25ºC y 1 atmósfera de presión total. Sulfuro disuelto 10-4 m. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 35 Fe(OH)2+ + 1.0 Fe++ aq. + 0.8 + 0.6 + 0.4 Fe (OH)3 HIDROXIDO FERRICO Fe++ aq. + 0.2 0.0 -0.2 Fe (OH)2 -0.4 -0.6 HFeO2 aq. SIDERITA FeCo3 -0.8 -1.0 0 2 4 6 8 10 pH Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 12 14 36 Diagrama E-pH, para el sistema S-H2O a 25ºC y P= 1atm. HSO4 - aq +1.0 +0.8 +0.6 +0.4 SO4 - aq +0.2 S -0.0 H2S aq. -0.2 -0.4 HS- aq -0.6 -0.8 -1.0 0 2 4 8 6 10 12 14 pH La evidencia experimental, sin embargo, señala que la reacción de lixiviación produce S elemental y muy poca cantidad de sulfato o bisulfato, de acuerdo a la siguiente reacción: MS + 2Fe3+ = M2+ + 2Fe2+ + S Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 37 Las reacciones siguientes, que representan la oxidación del S a SO4= ó HSO4-, y en la práctica no ocurren, están dadas por las siguientes semireacciones: S + 4H2O = HSO4- + 7H+ + 6eS + 4H2O = SO42- + 8H+ + 6e- Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 38 El potencial de oxidación de la semireacción Fe3+ + e- = Fe2E0 = O,77V está dada por la ecuación de Nerst. Considerando los valores de energías de formación, se tiene el siguiente valor del potencial estándar de la semireacción: y por tanto: E = 0,77 + 0,06 log(Fe3+)/(Fe2+) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 39 2.3 CALCULO DEL POTENCIAL DE UNA SOLUCION Supongamos tenemos una solución lixiviante de 12 gpl de ácido sulfúrico y 4,5 gpl de Fe total disuelto, siendo 1,5 gpl de Fe3+, luego se tienen 3,0 gpl de Fe2+. Apliquemos la expresión de Nerst: E = 0,76 + 0,06 log(Fe3+)/(Fe2+) Luego: E = 0,76 + 0,06 log(1,5)/(3,0) E = 0,76 – 0,18 E = 0,74 V Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 40 Las reacciones globales por las cuales se disuelven los minerales sulfurados de cobre más importantes en medio sulfato férrico acidulado son las siguientes: Calcopirita: CuFeS 2 4Fe Cu 5Fe 2S Calcosita: Cu2 S 4Fe 3 2Cu 4Fe S Bornita: Cu5 FeS 4 12Fe 3 Covelita: CuS 2Fe 3 5Cu 13Fe 4S o Cu 2Fe S o Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 41 Un análisis comparativo entre los resultados que se presentan, pone de manifiesto las muy diferentes condiciones de lixiviación entre los minerales oxidados y sulfurados de cobre, en presencia de ácido sulfúrico y sulfato férrico acidulado, respectivamente. En efecto, estos últimos necesitan tiempos prolongados de lixiviación (días y semanas), tamaños finos de mineral y empleo de temperaturas para poder aumentar las extracciones de cobre; contrariamente a horas de contacto mineral / solución y a temperatura ambiente, para los materiales oxidados de cobre. Las respuestas del proceso, en lo que a extracciones de cobre se refiere, tan diferentes, e inferiores para las especies sulfuradas, corroboran esta distinta tendencia a la lixiviación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 42 2.4 INFLUENCIA DE LAS ESPECIES MINERALOGICAS EN LA LIXIVIACION De acuerdo con lo visto en la sección precedente, es fácil deducir que las diferentes especies mineralógicas se comportarán también en forma diferente con respecto a la lixiviación, entendida ésta como proceso de tratamiento económico de dichos minerales. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 43 VELOCIDADES DE REACCION DE ESPECIES PURAS a) Cinética muy rápida: En la categoría de cinética muy rápida se encontrará a los sulfatos de cobre, cloruros y carbonatos. Los sulfatos son solubles en agua sola; los cloruros liberan el metal y el cloro con facilidad; los carbonatos reaccionan con violencia, liberando el cobre y CO2 gaseoso. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 44 b) Cinética rápida: En la siguiente categoría, de cinética rápida, están los silicatos de cobre y los óxidos que contienen Cu2+ , Fe3+ y Mn4+. Para disolverse requieren de una cierta acidez, mayor que en el caso anterior,a su vez, la crisocola es de estructura fibrosa y porosa, lo que facilita el acceso de las soluciones. c) Cinética moderada: En la categoría de cinética moderada se encuentran el cobre nativo y los óxidos “reducidos”, es decir, que contienen el cobre y el hierro en los estados cuproso Cu+1 y ferroso Fe2+, respectivamente. Para disolverse requieren de un oxidante y son sensibles a la agitación, a la temperatura y a la oxigenación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 45 d) Cinética lenta: En la siguiente categoría de cinética lenta están los sulfuros simples de cobre. La lentitud de este grupo se explica ya que aquí se requiere oxidar el azufre desde el estado sulfuro S2- a sulfato S6+, es decir, implica la remoción de 8 electrones. A ello se puede agregar la remoción de uno o más electrones adicionales si el cobre está en su forma cuprosa. En síntesis, para disolverse requieren de un oxidante. e) Cinética muy lenta: En la categoría de cinética muy lenta se encuentran los sulfuros dobles de cobre y hierro, y de cobre y arsénico. Por ejemplo, en el caso de la calcopirita se requiere oxidar el cuproso a cúprico y el sulfuro a sulfato, lo que totaliza la transferencia de 17 electrones. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 46 2.5 IMPORTANCIA DE LAS ESPECIES DE LA GANGA EN LA LIXIVIACION De acuerdo con lo visto hasta aquí, cuando se lixivian en ambiente de ácido sulfúrico los minerales de cobre, sean éstos oxidados o sulfurados, la velocidad y la cantidad de cobre disuelto, depende: de las condiciones del sistema (tipos de minerales de cobre), tamaño de partículas, potencial y pH de la solución lixiviante, además de la ganga presente. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 47 Se distinguen así los “micro-ambientes” que ocurren en el interior de un trozo de roca, con el paso de la solución a través de una ganga porosa para alcanzar un grano mineralizado ocluido. A medida que avanza la solución, ésta puede ver totalmente alteradas sus condiciones originales e incluso inhibirse y/o detenerse totalmente su capacidad químicamente lixiviadora expresada en término de su Eh y pH por ejemplo, acusa de un cambio de pH por hidrólisis u otra reacción con constituyentes del mineral. También puede ocurrir la detención completa de la reacción por razones físicas, produciéndose un bloqueo irreversible de su avance, como ocurriría al precipitar un producto de hidrólisis de carácter insoluble como la jarosita o la goetita que detenga el avance de la solución. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 48 A su vez, están también los “macro-ambientes”,que incluyen numerosos trozos de roca, que pueden reaccionar causando la formación de “bolsones ciegos”, a donde las soluciones no pueden acceder, sustrayéndose así del proceso de lixiviación un volumen que puede llegar a ser en algunos casos muy importante. El fenómeno descrito puede tener un origen tanto de tipo químico (reacciones y productos de hidrólisis), como de tipo físico (desplazamiento de finos, efecto “paraguas” de una roca más grande o hidratación de arcillas plásticas), o bien mixto (físico y químico a la vez). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 49 - Una de las principales especies presentes en la ganga de los yacimientos de cobre porfídico, son los silicatos. - Los sulfatos, típicamente representados por el yeso (CaSO4*2H2O) y la anhidrita (CaSO4). - Los carbonatos, como, por ejemplo, la calcita (CaCO3). - Los óxidos e hidróxidos de fierro, entre los cuales destacan: la magnetita (Fe3O4), la hematita(Fe2O3), la limonita (FeO(OH)*nH2O) y la goetita (FeO(OH)). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 50 2.6 CONSUMO DE ACIDO DE UN MINERAL OXIDADO - Supongamos tratamos en una pila 1 tonelada de mineral de cobre, cuya especie principal es la tenorita (CuO) y la ley en cobre es de 1,3%. De acuerdo a datos industriales el consumo de ácido en la lixiviación de óxidos fluctúa entre 30 y 50 kg. de ácido/TM, en este caso consideraremos 45. - Supondremos una recuperación del 78% del cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 51 En la tonelada de mineral tenemos 1,3% de cobre, es decir, 13 kgs. Como la principal especie mineralógica de cobre es la tenorita, la estequiometría de la reacción es la siguiente. CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 52 CONSUMO DE ACIDO DE UN MINERAL OXIDADO Cobre disuelto = 13 kgs x 0,78 = 10,14 kgs. 64 kgs. de cobre disuelto = 98 kgs. de ácido consumido X = 98 x 10,14 64 10,14 kg. de cobre X kg. de ácido = 15,53 kg. de ácido Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 53 Consumo total de ácido = 45 kgs./TM Consumo de ácido por cobre disuelto = 15,52 kgs/TM Consumo de ácido por ganga = 45- 15,52 = 29,48 kgs./TM % de ác. consumido por ganga = 29,48 x 100 = 65,5% 45 % de ác. consumido por Cu disuelto = 15,52 x 100 = 34,5% 45 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 54 2.7 ACTUACION DEL FIERRO EN SOLUCION El comportamiento del fierro es tan importante en la lixiviación con soluciones ácidas, porque por un lado, es determinante del Eh de la solución, a través de la relación Fe 2 Fe 3 e se obtiene la expresión del potencial en función de la concentración de ambos iones: Eh 0.76 0.059 log Fe 3 / Fe 2 Es decir, con una pequeña variación de la relación entre las concentraciones de ion férrico y ion ferroso, se produce una inmediata y fuerte variación del potencial de la solución que los contiene. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 55 Por otra parte, la presencia del ion Fe3+ es esencial como oxidante para la disolución de los sulfuros y de los óxidos reducidos (como la cuprita y el cobre nativo, los que también requieren algún oxidante). Por ejemplo, para la oxidación total de la calcopirita se tiene: CuFeS 2 16Fe 3 8H 2O Cu 2 17 Fe 216H 2SO42 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 56 De igual modo, para la covelina se tiene: CuS 8Fe 3 4H 2O Cu 2 8Fe 2 8H SO42 Los yacimientos porfídicos de cobre sulfurado contienen entre un 2% y un 6% de fierro. En los yacimientos muy oxidados, el fierro está presente, principalmente en su estado ferroso: Súlfuros: pirita, calcopirita, bornita. Oxidos: magnetita Silicatos: biotita, actinolita, clorita y montmorillonita. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 57 Los yacimientos porfídicos de cobre sulfurado contienen entre un 2% y un 6% de hierro. En los yacimientos muy oxidados, el hierro está presente, principalmente en su estado ferroso: • Sulfuros: pirita, calcopirita, bornita; • Oxidos: magnetita (Fe3O4); y • Silicatos: biotita, clorita y montmorillonita. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 58 OXIDACION DEL FIERRO EN LA DISOLUCION DE MINERALES SULFURADOS Ahora bien, en la práctica, la oxidación de los minerales sulfurados ocurre a través de uno de los siguientes tres mecanismos: 1) la aplicación directa de oxígeno, 2) mediante iones férrico, y 3) a través de la acción de bacterias. Veamos estas tres posibilidades. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 59 La disolución de sulfuros, representados por la pirita, por la acción directa del oxígeno, procede de acuerdo a la reacción global: FeS2 +7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2H+ + 2SO42- Las velocidades para esta reacción, medidas en laboratorio, han variado entre 1.1 x 10-10 y 5.3 x 10-10 moles por metro cuadrado y por segundo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 60 La disolución de sulfuros , representados por la pirita, por la acción de iones férrico disueltos en solución, procede de acuerdo a la reacción global balanceada: FeS2 + 14 Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 16H+ + 2SO42- Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 61 De ahí resulta muy razonable considerar a las bacterias que catalizan la oxidación de iones ferroso a férrico como las verdaderas responsables de dicha disolución, aún cuando el mecanismo de las reacciones precisas mediante las cuales las bacterias actúan, continúa siendo debatido a nivel académico, por ejemplo, si es que su actuación principal se da en forma directa por intercambio de electrones sobre el sulfuro, estando adheridas a la superficie de los minerales, o bien, mediante una acción indirecta por producción de iones férrico. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 62 Sin embargo, en términos de mediciones experimentales de velocidad de oxidación de iones ferroso, catalizada por bacterias, se ha determinado valores entre 5 x 10-7 hasta 8,8 x 10-8 moles por metro cuadrado y por segundo. Esto equivale a una velocidad de oxidación cerca de 10 veces mayor que la oxidación a férrico por medios abióticos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 63 2.8 METODOS DE LIXIVIACION Los principales métodos de lixiviación de minerales y/o concentrados son: Lixiviación Insitu: cobre. Lixiviación en Botaderos: cobre, oro. Lixiviación en Pilas: cobre, oro. Lixiviación por Agitación: minerales de alta ley de oro, concentrados de oro y concentrados de cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 64 2.9 LIXIVIACION EN BOTADEROS La lixiviación en botaderos ( o dump leaching) consiste en el tratamiento de minerales de muy bajas leyes normalmente debajo de la ley de corte económica para la planta principal conocidos como “ésteril mineralizado”. Alcanzan alturas de 10-20 metros o más y el sustrato basal no siempre es el más adecuado para recoger soluciones , sin embargo, éstas continúan aplicándose en la parte superior y colectándose en una laguna de intersección en la roca impermeable más próxima. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 65 En ocasiones, se trata también de ripios de lixiviaciones antiguas, cuyas leyes pasan a ser interesantes al cabo de un cierto número de años. De igual manera, en los yacimientos actuales, el material mineralizado marginal se carga con camiones y bulldozer en botaderos nuevos, o sobre los antiguos formando capas de entre 5 y 10 metros. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 66 Luego de lixiviar una capa, ésta normalmente se “ripea” usando el escariador de un bulldozer, antes de colocar una nueva capa encima. Cuando el terreno no es adecuado para colectar las soluciones, debe hacerse una preparación previa del sustrato colector usando membranas de material plástico, del tipo polietileno de alta densidad (HDPE), de baja densidad (LPDE) o de cloruro de polivinilo (PVC). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 67 Las soluciones se riegan sobre la superficie usando sistemas de distribución con goteros o aspersores, según las condiciones de evaporación del lugar y la abundancia de agua de la que se dispone. La recolección es por gravedad en la laguna o piscina antes mencionada. Estas operaciones se caracterizan por tener ciclos muy largos (generalmente superiores a un año ), por proporcionar bajas recuperaciones (entre 40 y 60% en el mejor de los casos ) y por contar con los costos de operación más bajos del mercado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 68 2.10 LAS BACTERIAS Y SU ACCION SOBRE LOS SULFUROS La lixiviación bacteriana de minerales sulfurados envuelve el uso de microorganismos que ayudan en la extracción del metal de valor. La disolución de metales por la acción de bacterias, puede ocurrir a través de dos caminos: • Directamente: por el microorganismo, o bien; metabolismo del propio • Indirectamente: por algún producto de su metabolismo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 69 En general, la extracción de metales desde estos minerales metálicos ha sido alcanzada principalmente a través del uso de la oxidación de sulfuros por el género Thiobacillus ferrooxidans (TF) y Thiobacillus thiooxidans (TT) que son las bacterias más comúnmente presentes en los procesos industriales y en las aguas de mina. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 70 El reciente uso de otras cepas bacterianas recogidas desde vertientes de aguas termales sulfurosas que operan en un óptimo de temperatura bastante superior a la del ambiente (típicamente entre 60º y 80ºC), ha permitido la operación exitosa de la disolución de concentrados anteriormente considerados más refractarios ante la lixiviación como son, por ejemplo, los de calcopirita, CuFeS2, y los de enargita, Cu3AsS4. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 71 Las bacterias, en general, pueden clasificarse según su modo de nutrirse en: • Autotróficas: Son aquellas capaces de sintetizar todos sus nutrientes, como proteínas, lípidos y carbohidratos, a partir del dióxido de carbono, CO2. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 72 • Heterotróficas: Son aquellas que requieren de carbohidratos como la glucosa para formar sus propios nutrientes. • Mixotróficas: Son aquellas que tienen la habilidad de formar sus propios nutrientes, a partir del dióxido de carbono y de los carbohidratos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 73 Las bacterias, también en general, pueden clasificarse según su modo de respirar en: • aeróbicas: Requieren de oxígeno para su respiración. • anaeróbicas: Se desarrollan en medios exentos de oxígeno, y; • facultativas: Tienen la habilidad de poder desarrollarse tanto en medios aeróbicos como anaeróbicos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 74 Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviación son generalmente autotróficas y aeróbicas. Tienen la facultad de obtener la energía necesaria para desarrollar su metabolismo energético a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos, es decir, a partir del intercambio de electrones , fundamentalmente a partir de la oxidación de los sulfuros metálicos, de la oxidación del ión ferroso o bien, de la oxidación del azufre elemental. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 75 Algunas bacterias asociadas a la oxidación de minerales sulfurados y rango de temperatura y acidez más ventajosas para su desarrollo Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 76 Las bacterias acidófilas son las que son capaces de vivir en ambiente ácido, siendo este tipo de bacterias nativas de algunos yacimientos. Las principales bacterias encontradas en las aguas ácidas de mina son las bacterias autotróficas: Thiobacillus fe-rrooxidans y Thiobacillus thiooxidans. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 77 Las Bacterias también pueden clasificarse de acuerdo al rango de temperaturas en las cuales ellas actúan: - Mesófilas: 20 y 35 C. - Moderadamente termófilas: 45 y 60 C. - Extremadamente termófilas: 60 y 80 C. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 78 CICLO DE EXISTENCIA DE UNA COLONIA DE BACTERIAS etapa de crecimiento exponencial etapa estacionaria log etapa de muerte población celular etapa de acostumbramiento Tiempo Representación esquemática de las cuatro fases de un ciclo de existencia de una colonia de bacterias. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 79 En este esquema se observa, en primer lugar, un período inicial de crecimiento lento o “etapa de acostumbramiento” al nuevo medio (conocido como período de rezago), que se caracteriza por muy poca actividad bacteriana (medible, por ejemplo, por la solubilización de un determinado producto, o bien por el número de individuos por unidad de volumen, etc) mientras la bacteria se acostumbra y desarrolla los niveles de sus moléculas internas enzimas, RNA, ribosomas, etc. Al nivel requerido para su mantenimiento y posterior división celular. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 80 La segunda fase es la “etapa de crecimiento exponencial”, en la que la bacteria se multiplica exponencialmente por división binaria. En esta fase de la vida de una colonia, se puede medir experimentalmente una importante caracterís-tica, que es particular de cada especie de bacterias y que la distingue de las demás especies, que es el “período de duplicación” y que corresponde al tiempo que demora en duplicarse la población bacteriana, bajo ciertas condiciones estandarizadas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 81 La tercera fase corresponde a la limitación de la velocidad de solubilización, o de crecimiento de la población, debido al repentino agotamiento de uno o más de los nutrientes esenciales, o de la consunción del material de sustrato, y se denomina “etapa estacionaria” Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 82 La población bacterial en esta etapa consiste, en su totalidad, de células completamente viables pero su crecimiento está limitado. En cambio, al entrar en la cuarta fase, comienza a disminuir la población de bacterias viables y se entra de lleno en un decaimiento de la actividad medible (o del número de individuos por unidad de volumen, etc.) motivo por el cual, esta etapa de decaimiento se conoce como “fase de muerte”. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 83 2.11 LIXIVIACION BACTERIANA Los mecanismos de reacción generalmente utilizados en el proceso biogénico de minerales sulfurados son de dos tipos: I) Mecanismo Directo: Que implica la adhesión de la bacteria directamente sobre los cristales del sólido, actuando ella como puente para el traspaso de electrones, en una sucesión de dos reacciones aeróbicas secuenciales: bacteria + MeS + 1/2 O2 + 2H Me2+ +So + H2O So + 11/2O2 + H2O bacteria H2SO4 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 84 Cristal de pirita: FeS2 Fe(II) + 2 S(VI) Espacio exterior a la célula O2 H+ Pared celular Flujo de electrones hacia adentro Espacio periplásmico Membrana citoplasmática Flujo de Oxígeno y de Protones hacia el interior de la célula 2H2O O2 Interior de la célula=Citoplasma Representación esquemática de la oxidación, catalizada por la bacteria, de un cristal de pirita, FeS2, en condiciones aeróbicas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 85 II) Mecanismo Indirecto: Que requiere de la presencia de fierro disuelto en las soluciones. Reacción aeróbica 1: 2Fe+2 + 2H+ + 1/2O2 bacteria 2Fe+3 + H2O Reacción anaeróbica 1: MeS + Fe2(SO4)3 Reducción abiótica MeSO4 + 2FeSO4 + Sº Reacción aeróbica 2: Sº + 11/2O2 + H2O bacteria H2SO4 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 86 Cristal de pirita: FeS2 Fe(II) + 2 S(VI) Fe(II) Fe(III) Espacio exterior O2 H+ Pared celular Flujo de electrones hacia adentro y hacia el lado Espacio periplásmico Membrana citoplasmática Flujo de Oxígeno y de Protones hacia el interior de la célula 2H2O O2 citoplasma Representación esquemática de la oxidación, catalizada por la bacteria, de un cristal de pirita, FeS2, en condiciones mixtas aeróbicas y anaeróbicas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 87 MECANISMO DIRECTO O2 Thiobacillus ferrooxidans Me2+ + H+ + SO42- H+ + SO24 Thiobacillus ferrooxidans MeS S0 O2 Fe3+ Fe2+ Me2+ O2 + H+ MECANISMO INDIRECTO Mecanismos directo e indirecto para la solubilización del metal Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 88 THIOBACILLUS FERROOXIDANS Esta es una bacteria Gram negativa con LPS (lipo-polisacáridos) en su pared más externa; tiene forma de bastón; sus dimensiones son desde 0,9 a 2,0 micrones de largo y 0,5 a 0,8 micrones de ancho; posee un flagelo polar, el cual le permite cierta movilidad direccionada en medios líquidos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 89 Su forma de reproducción es por fisión binaria, encontrándose normalmente aislada o en pares, creciendo en medios ácidos donde existen iones ferrosos, azufre o minerales sulfurados, adhiriéndose a ellos por la formación de cápsulas de mucosas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 90 Entre las diversas especies minerales que este microorganismo utiliza para obtener su energía están: El azufre elementa, Sº El anión tiosulfato, (S2O3)2Los cristales de sulfuro por adhesión directa a los minerales sulfurados. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 91 • El nitrógeno, N2, y el dióxido de carbono, CO2 del aire. • Iones ferrosos, Fe2+, y; • Los diferentes estados de oxidación del azufre, desde el anión sulfuro, S2- , hasta el anión sulfito, (SO3)2-. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 92 El rango de temperatura para su crecimiento y desarrollo es muy amplio, desde 2º a 40ºC, siendo la temperatura óptima de 30º a 35ºC. Experimentalmente se ha determinado que su velocidad de crecimiento se reduce a la mitad, por cada 6ºC que disminuye la temperatura, debajo de un crecimiento referencial de 25ºC y hasta -2ºC Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 93 La aireación del mineral y de las soluciones debe ser adecuada, de manera que no les falten CO2 para su metabolismo y el O2 disueltos para que se produzcan las reacciones. Para esto es fundamental que la fuerza iónica (suma de la concentración de todas las sales disueltas) de la solución no sea muy elevada, ya que inmediatamente se va reduciendo la capacidad de disolución de los gases en ella, principalmente del oxígeno. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 94 Por ejemplo, concentraciones de sales en solución caracterizadas por el anión sulfato, SO42- (común a la mayor parte de ellas) por sobre 80 g/l, ya inhiben fuertemente la solubilidad del oxígeno y con ello, las posibilidades de crecimiento de las bacterias En consecuencia, se ha recomendado en la práctica no exceder los 60 a 70 g/l de SO42- , usado como medida de las sales totales. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 95 El oxígeno que asimilan las bacterias participa como receptor final de electrones formando agua: Reacción de oxidación: 2 Fe3+ + 2e2Fe2+ Reacción de reducción: 2e- + 1/2O2 + 2H+ H2O y sumando, se tiene la reacción global: 2Fe3+ + H2O 2Fe2+ + 2H+ + 1/2O2 THIOBACILLUS THIOOXIDANS Es una bacteria que se encuentra comúnmente en depósitos de minerales sulfurados y en constante compañía de la Thiobacillus ferrooxidans. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 96 Es un microorganismo incapaz de oxidar fierro o sulfuros metálicos bajo variadas condiciones. Sin embargo, es hábil en oxidar azufre elemental a temperaturas de 2 a 45ºC, siendo su óptimo 28 a 30ºC, y tolera pH desde 0,5 a 5,0, siendo su óptimo en torno a pH 2,0. Por otra parte, juega un rol determinante y fundamental en la mantención regulada del pH, lo suficientemente bajo como para que no precipite el ion férrico por hidrólisis. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 97 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS Las bacterias Leptospirillum cuentan con características de temperatura preferente algo diferentes a las anteriores; su temperatura de trabajo óptima es de 30ºC y son mucho más sensibles a los cambios de temperatura hacia abajo, con un límite operacional de 20ºC. Por el contrario, son más tolerantes a las temperaturas superiores, resistiendo bien hasta cerca de 45ºC Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 98 Su capacidad oxidativa está limitada a las especies de fierro (2+), sea como ión ferroso en solución, o bien como parte de los minerales sulfurados, caso en el que también oxida el anión sulfuro, S2- Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 99 NUTRIENTES Y TOLERANCIA A LA ACUMULACION DE IONES En general, para mantener su viabilidad los microorganismos mesófilos necesitan energía externa y contar con fuentes de elementos vitales como son el carbono, nitrógeno, fósforo, magnesio, azufre, etc. El agua se necesita como medio solvente y además para el transporte de los nutrientes. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 100 También se ha reportado que existe una inhibición de la actividad bacterial con el aumento de la concentración de iones férricos en la solución. El exceso de iones férricos suprime la oxidación del ion ferroso. Se determinó que el óptimo crecimiento se logra con una concentración de iones ferrosos entre 1,5 y 3 g/l. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 101 CONCENTRACION MAXIMAS QUE INHIBEN LA ACTIVIDAD BACTERIANA MESOFILA Catión metálico Conc. Máxima (g/l) Catión metálico Conc. Máxima (g/l) Aniones Conc. Máxima (g/l) Fe 160 Co 30 Sulfato 80 a 100 Zn 119 As 17 Cloruros 2a6 Ni 72 U 3 O8 12 Nitratos 2a6 Cu 55 Al 10 Cianuros 2,5 x 10 -5 Molar Mn 33 Mo 2,9 Fluoruros 2,5 x 10 -5 Molar Cr 0,8 Ag < 0,05 Eh 800 a 850 milivolt Hg 0,1 Se ---- pH 1,0 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 102 2.12 APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA LIXIVIACION BACTERIANA. Las principales aplicaciones industriales de la lixiviación con bacterias se dan en procesos que involucran: • Lixiviación en botaderos e in-situ, cuando se trata de minerales de cobre de muy bajas leyes. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 103 • Lixiviaciones en pilas, de tipo controlada, con aplicaciones para minerales de cobre y para piritas y arsenopiritas auríferas. • Lixiviaciones agitadas en reactores controlados, cuando se trata de concentrados, hasta ahora predominantemente de oro ocluido en piritas y en estudio, de aplicaciones para cobre de calcopirita y enargita. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 104 Las lixiviaciones en botaderos e in-situ, si bien correspondieron a las primeras aplicaciones industriales de la lixiviación bacteriana, dado el bajo valor económico unitario intrínseco de los minerales tratados y su escasa posibilidad de controlar el proceso se pueden considerar más bien como procesos espontáneos y no científicamente controlables ni técnicamente muy manejables. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 105 Por último, se encuentran las lixiviaciones agitadas, que se realizan sobre concentrados de minerales, normalmente obtenidos por flotación. En el caso de éstos, lo que se ha lixiviado hasta ahora son piritas o arsenopiritas auríferas, para desbloquear el oro encapsulado y facilitar el posterior acceso del cianuro. Recientemente, esta tecnología se está ampliando a interesantes aplicaciones experimentales para sulfuros de cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 106 RESUMEN ACTUALIZADO DE APLICACIONES DE LIXIVIACION BACTERIAL CONTROLADA, SEA EN PILA SOBRE MINERALES, COMO POR AGITACION SOBRE CONCENTRADOS. Proyecto Nombre y lugar Tipo de alimentación y capacidades Tecnología y proceso Historia y Estado actual Lo aguirre, 17 km al oeste de Santiago, Región Metropolitana, Chile Fairview, Sudáfrica 3.500 ton/día de minerales de cobre: Calcosina/bornita de 1,1, a 1,4% Cu total Lixiviación en pilas con Aglomeración previa proceso TL De SMP seguido de SX-EW, con 14-15.000 ton/año Cuº En operación desde 1980 Con cierre para Dic. 2000 por agotamiento de reservas 35 ton/día concentrados de flotación de oro Lixiviación agitada y aireada, Proceso Gencor Puesto en marcha en 1986 Actualmente en operación Sao Bento, Brasil 150 ton/día concentrados de flotación de oro Lixiviación agitada y aireada, Proceso Gencor previo a autoclave Puesto en marcha en 1990 Actualmente en operación Lixiviación in-situ controlada+ lx pilas seguido de SX-EW: 13000 ton/año Cuº, proceso similar TL de SMP Puesto en marcha en 1991 Opera hasta 1997; cambia dueño y proceso: nueva mineralogía Lixiviación agitada y aireado, proceso Gencor Puesto en marcha en 1992 Cerrado en 1994 por agotamiento 6 Manpowder’s Mammoth Unos 1,2 x 10 ton/año Mineral 2,2% Cu: One calcosina y bomita Queensland, Australia Harbour Lights, Western Australia 40 ton/día concentrados de flotación de oro Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 107 Mount Lwyshon, Queensland, Australia Unos 1.370 ton/día mineral 0,175% Cu calcosina con 1,73 gramos de Au/ton Lixiviación en pilas delgadas sacando Cu y luego cianuración del Au proceso similar TL de SMP Puesto en marcha en 1992, cerrado en 1997-98 por agotamiento de la mina Girilambone, New South Wales, Australia Unos 2.000 ton/día Mineral de cobre 2.5% Cu: calcosina Lixiviación en pilas con curado previo seguido de SX-EW: 14 000 ton/año proceso similar TL de SMP Puesto en marcha en 1993, actualmente en operación Wiluna Mines, Western Australia 115 ton/día concentrados de flotación de oro Lixiviación agitada y aireada, proceso Gencor Puesto en marcha en 1993, actualmente en operación Cerro Colorado, Mamiña, 50 km al Este de Iquique, Tarapacá, Chile Inicio 16.000 ton/día mineral de 1,0% Cu: calcosina/bornita después 24.000 ton/día (’95) y ahora 38.000 ton/día (`98) Lixiviación en pilas con aglomeración previa proceso TL de SMP seguido de SXEW; el ‘93: 40.000 ton/año Cuº; el ’95: 60.000; el ’98: 100.000 y el ’00: 110.000 Puesto en marcha en 1993 expandido 50% en 1995 y en casi 100% en 1998, +10% el 2000; hoy en operación Quebrada Blanca, 150 km Sureste de Iquique en Altiplano de Tarapacá, Chile Unos 17.5000 ton/día mineral 1,3% Cu: calcosina/covelita Lixiviación en pilas con aglomeración previa proceso TL de SMP seguido de SEW: 75,000 ton/año cátodos Puesto en marcha en 1994 actualmente en operación Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Iván-Zar 50 km al Norte de Antofagasta 2º Región Antofagasta, Chile Unos 1.800 ton/día mineral 1,5% Cu: calcosina Lixiviación en pilas con aglomeración previa proceso similar TL de SMP seguido SXEW; 12.000 ton/año Cuº Puesto en marcha en 1994 actualmente en operación Biocobre, Punta del Cobre, 15 km al Oeste de Copiapó, 3º Región Atacama, Chile Unos 1.200 ton/día mineral 2,0% Cu: calcosina Lixiviación en pilas con aglomeración previa proceso TL de SMP seguido de SX-EW 7.000 ton/año Cuº Puesto en marcha en 1994 actualmente en operación Ashanti’s Sansu Ghana, Africa 1.000 ton/día concentrados de flotación de oro 120 ton/día concentrados de flotación de oro Unos 10.000 ton/día mineral 1,0 gr. Au/ton; oro en piritas Lixiviación agitada y aireada, proceso Gencor Puesto en marcha en 1994 Expandida en 1995, en operación Lixiviación agitada y aireada, Proceso BacTech Lixiviación en pilas seguido de cianuración en pilas o thiosulfato en pilas proceso desarrollado por Newmont Lixiviación en pilas con aglomeración previa proceso TL de SMP seguido de SX-EW 7 y 10.000 ton/año Cuº Puesto en marcha en 1994 Actualmente en operación Puesto en marcha en 1995 actualmente en operación Lixiviación en pilas con aglomeración previa (similar proceso TL) seguido de SX-EW y con 250.000 ton/año Cuº Puesto en marcha en 2001 actualmente en operación Youanni Western Australia Newmont-Carlin, Nevada, EEUU Dos Amigos, CEMIN 3 km al Sur de Domeyko, 3ª Región Atacama, Chile Unos 1.200 ton/día mineral 1,5% Cu: calcosina Morenci –Safford, Arizona, EEUU 150.000 ton/día mineral 0,7% Cu: calcosina Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Puesto en marcha en 1996 expandido +30% en 1997 actualmente en operación 108 109 MEDIOS LIQUIDOS PARA EL CULTIVO DE THIOBACILLUS FERROOXIDANS Concentración de los nutrientes (g/L) Nutrientes 9Ka T&Kb Lc T&Cd (NH4)2SO4 3.0 0.4 0.15 0.5 KCl 0.1 --- --- --- K2HPO4 0.5 0.4 0.05 --- MgSO4-7H2O 0.5 0.4 0.5 1.0 Ca(NO3)2 --- 0.01 --- 33.3 1.0 129.1 0.01 FeSO4-7H2O 44.22 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 110 2.13 INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES Y CONCENTRACIONES DE NUTRIENTES Entre los parámetros básicos que influyen sobre el comportamiento del microorganismo Acidithiobacillus Ferrooxidans cabe destacar, entre otros: pH, temperatura, oxígeno y dióxido de carbono. Si bien se muestra el efecto de cada uno de los factores independientemente, es importante destacar que se pueden producir efectos sinérgicos, siendo muy difícil adoptar criterios uniformes para el crecimiento de los microorganismos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 111 El pH influye de una forma muy significativa en la velocidad de crecimiento de los microorganismos, debido a que afecta a los grupos ionizables presentes en las enzimas situadas en el citoplasma y periplasma de las células. Dichos grupos deben encontrarse en la forma iónica más adecuada para mantener la conformación del centro activo, enlazarse a los sustratos y catalizar la reacción. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 112 4Fe2+ + O2 + Acidithiobacillus ferroxidans + 4H 4Fe3+ + 2H2O Este Fe(III) que se forma es hidrolizado en solución acuosa, de acuerdo con las siguientes reacciones: Fe3+ + H2O FeOH2+ + H+ FeOH2+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ Fe(OH)2+ + H2O Fe(OH)3 + H+ Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 113 En contraste con la reacción de oxidación del Fe(II), la hidrólisis del Fe(III) produce ácido, reduciendo por tanto el pH hasta un valor aproximado de 2.4. Las reacciones presentadas indican que la extensión de la hidrólisis del Fe(III) depende del valor del pH del medio y en general, este hierro tiene una baja solubilidad a valores de pH por encima de 2.5 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 114 Además de la reacción de hidrólisis, es necesario considerar la formación de hidroxisulfatos básicos de Fe(III) con una fórmula general MFe3(SO4)2(OH)6 donde M es K+(jarosita), Na+(natrojarosita), NH+4 (amoniojarosita), H3O+ (hidroniojarosita), Ag+ (argentojarosita) y Pb2+(plumobojarosita). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 115 La precipitación de jarositas es, al mismo tiempo, una reacción de producción de ácido: 3Fe3+ + M+ + 2HSO4- + 6H2O MFe3(SO4)2(OH)6 + 8H Las jarositas se pueden encontrar en los sedimentos de los drenajes ácidos de minas y algunas veces, coexistiendo con oxihidróxidos de Fe(III). La precipitación de éstas depende, fundamentalmente del pH, la composición iónica y la concentración del medio. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 116 TEMPERATURA DE CRECIMIENTO PARA ACIDITHIOBACILLUS FERROXIDANS EN CULTIVO SUMERGIDO. Referencia T(ºC) McDonald et al. (1970) 29-33 1.5-2,5 Gómez y Cantero(1998) 31 1,8-2.0 Smith et al.(1988) 30 1,8-2,1 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade pH 117 CONCENTRACION CRITICA DE OXIGENO PARA EL CRECIMIENTO DE ACIDITHIOBACILLUS FERROOXIDANS Temperatura(ºC) Concentración crítica de oxígeno (mg/L) 25 0,877 28 0,390 31 0,368 34 0,345 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 118 2.14 LIXIVIACION EN PILAS La lixiviación en pilas, a diferencia de los botaderos, en este caso el mineral tiene una mayor ley y por lo tanto, económicamente paga por un tratamiento más complejo a través de una planta de chancado, al menos de tipo secundario y usualmente, terciario. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 119 FORMACION DE UNA PILA Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 120 COLOCACION IRRIGADORES Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 121 Cuando se use una granulometría más fina por ejemplo, después de un chancado terciario en circuito cerrado con 100% - 3/8 de pulgada o 100% - ¼” entonces se hace recomendable aglomerar los finos para restituir la permeabilidad al lecho de mineral que se va a lixiviar. Adicionalmente al agua, cuando se lixivian minerales de cobre se aprovecha de agregar ácido concentrado, para efectuar el “curado ácido”. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 122 Aún cuando hay operaciones que agregan el agua y el ácido directamente sobre el mineral en una correa, esta práctica no resuelve el problema de lograr una buena mezcla y efectivamente aglomerar en forma homogénea las partículas más finas en torno a la más gruesas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 123 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 124 Una vez formada la pila de lixiviación, se observa que el lecho conserva la mayor parte de estas virtudes de alta permeabilidad, líquida y gaseosa, correspondientes al producto poroso originalmente formado durante la aglomeración. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 125 En ese punto, se inicia la lixiviación propiamente tal, mediante riego por aspersión o goteo, el cual, si bien aumenta la cantidad de líquido disponible en torno a las partículas individuales, continúa manteniéndolas en su sitio, pero ahora cohesionadas en el estado conocido como “capilar”. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 126 Esto es siempre y cuando se trate de un riego de carácter no-inundado ya que si se excede los límites de líquido correspondientes a dicho estado capilar, se produce una suspensión sólido/líquido. Dado que, en ese momento, ya no hay fuerzas para mantener las partículas en su sitio, los finos se desplazan ocupando espacios entre las partículas mayores y de existir arcillas ambos factores cumplen un rol sellante, lo que conducen a un “lecho inundado”. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 127 2.15 AGLOMERACION Y CURADO La aglomeración de la mena produce un lecho homogéneo y poroso, que evita los problemas generados por los finos, se realiza con agua. El curado se realiza con ácido sulfúrico y el objetivo es aumentar las especies solubles presentes en los minerales que serán lixiviados en las pilas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 128 DETERMINACION DE LA HUMEDAD DE UN MINERAL % humedad = masa de agua del mineral x 100 masa de mineral húmedo Masa de agua del mineral = peso mineral húmedo – peso mineral seco Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 129 EJEMPLO DE CALCULO DE DETERMINACION DE HUMEDAD - Se pesan 150 gramos de una muestra de mineral. - Se seca dicho mineral (durante 12 horas a 70ºC) y su peso disminuyó a 142 gramos. Masa de agua = 150 – 142 = 8 grs. % humedad = 8 x 100 = 5,33% 10 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 130 OBJETIVOS DE LA AGLOMERACION Y CURADO • Mayor permeabilidad del lecho partículas. • Conseguir una distribución homogénea de la solución lixiviante a través del lecho de la pila. • Proporcionar una estructura física estable de la pila evitando su deformación y escape lateral de la solución lixiviante. • Aumentar la cinética y la extracción del metal de interés. • Provocar una mayor oxigenación de la pila. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 131 El mejor equipo para lograr estos dos efectos, de mezcla y de aglomeración, es el tambor rotatorio. Este consiste en un cilindro metálico, revestido interiormente con neopreno o goma antiácida, provisto de levantadores “lifters” para lograr una más efectiva acción de rodado de la carga e incluyendo en el centro las tuberías perforadas para el suministro de agua siempre agregada primero, para humedecer el mineral y luego, algo más al interior del tambor, para el suministro del ácido concentrado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 132 TAMBOR AGLOMERADOR Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 133 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 134 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 135 2.16 PILAS DE LIXIVIACION-TIPOS DE PILA DE LIXIVIACION Existen básicamente 2 tipos de pilas de lixiviación: Pila permanente: La mena es depositada en una pila desde la cual no se retira el ripio una vez completada a lixiviación. Pila renovable: (piso reutilizable), en la cual se retira el ripio al final de la lixiviación para reemplazarlo por mena fresca. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 136 La decisión de acerca de cual pila utilizar va a depender de las condiciones del mineral a lixiviar, además de una evaluación económica y de disponibilidad de superficie. Se recomienda utilizar pilas permanentes en los siguientes casos: - Mineral de muy baja ley. - Cinética de lixiviación lenta. - Minerales de baja recuperación. - Amplio espacio disponible. - Pilas altas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 137 Para las pilas renovables, se recomienda utilizarlas cuando se tiene: - Alta recuperación. - Cinética de lixiviación rápida. - Mineral de baja ley. - Pilas bajas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 138 Las pilas a su vez pueden adoptar las siguientes configuraciones: - Pila Unitaria. - Pila Dinámica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 139 En las pilas unitarias todo el material es depositado y pasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de tratamiento y es removida solo al final del proceso de lixiviación. En las pilas dinámicas, coexisten materiales que están en diversas etapas del ciclo de tratamiento, pudiendo existir como subpilas o pilas encajonadas. Aquí la pila queda dividida en subpilas, dependiendo de los ciclos de lixiviación que se tengan, siendo removida la del ultimo ciclo y alimentada la del primero con mena fresca. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 140 LIXIVIACION PRIMARIA LIXIVIACION SECUNDARIA TR = 10 L/h/m2 100 días Lix. ACIDO 15 g/l SOLUCION RICA 280 m 3/l Cu = 3.66 g/l. H+=3.8 g/l POZO DECANTACION RE-EXTRACCION E1 ORGANICO CARGADO 300 m 3/l Cu = 6.15 g/l ELECTROLITO CARGADO 90 m 3/hr Cu = 16 g/l SOLUCION INTERMEDIA Cu = 1.10 g/l. H+=5.0 g/l POZO INTERMEDIA SOLUCION REFINO 280 m 3/hr Cu = 0.26 g/l. H+=9.00 g/l RE-EXTRACCION E2 Cu = 1.25 g/l Cu = 3.81 g/l RE-EXTRACCION R1 ELECTROOBTENCION EW POZO REFINO ORGANICO DESCARGADO 300 m 3/hr Cu = 3.0 g/l ELECTROLITO DESCARGADO 90 m 3/hr Cu = 35 g/l Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 141 La ventaja que presenta la pila dinámica es que requiere una menor inversión, debido a que hay un mejor aprovechamiento del piso impermeable, además que se tienen ciclos de lixiviación mas regulares y concentraciones mas estables. Este tipo de pila genera ciclos de lixiviación mas selectivos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 142 DETERMINACION DE AGUA A AGREGAR PARA ALCANZAR UN % DE HUMEDAD REQUERIDO Se tiene un mineral que contiene una humedad propia de 2%, determinaremos el agua a agregar para alcanzar una humedad total de 8%. masa de agua X 100 % húmedad = masa de mineral húmedo Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 143 - Supongamos tomamos una muestra de 1 Kg de mineral, luego el contenido de agua es: 1000x0,2 100 =20 grs. de agua Apliquemos la expresión del % de humedad 20 grs. de agua propia + X agua a agregar 1000 grs. + X agua a agregar 0,08 = Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 144 0,08 = 20 + X 1000 + X 80 + 0,080X = 20 + X 0,92X X = 60 = 65,2 grs. de agua Luego se deben agregar 65,2 grs. de agua par alcanzar una humedad de 8%. Luego se dosifican 65,2 gr. H2O/kg de mineral ó 65,2 kg de H2O/TM Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 145 Una variante frecuente consiste en reemplazar el agua y parte del ácido, usando soluciones pobres del proceso refino de la planta de extracción por solvente y/o la sangría de electrolito de la electrodepositación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 146 Esta secuencia combinada de operación en que la lixiviación en pilas, usando riego no-inundado, se realiza sobre un mineral finamente chancado, aglomerado con agua y “curado” con ácido concentrado y su uso se ha generalizado para el tratamiento de minerales de cobre sean oxidados o sulfurados. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 147 Las pilas se cargan habitualmente entre 3 y 8 metros, sobre un sustrato impermeable, normalmente protegido con una membrana de plástico de tipo polietileno de alta densidad (HGPE), de baja densidad (LDPE), de muy baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC), que puede tener desde 0.1 a 1.5 mm de espesor según las exigencias de cada aplicación. Para ayudar a la recolección de las soluciones se usan cañerías de drenaje perforadas y canaletas abiertas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 148 Las soluciones se distribuyen por medio de goteros, incluso enterrados en los casos de condiciones climáticas extremas como las de 4.400 m de elevación y temperaturas muy bajas o bien mediante aspersores, dependiendo de la evaporación y de la disponibilidad de agua de cada operación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 149 Las pilas pueden ser dinámicas también denominadas como de tipo “on-off” en las que el mineral se remueve, se envía a botaderos después de la lixiviación y la base de la pila se puede reutilizar o bien pueden ser permanentes, en que las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores, aprovechando o no la impermeabilización existente. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 150 La forma de controlar la alimentación al tambor se logra al actuar sobre el alimentador de correa, variando su velocidad y midiendo la carga con pesómetro integrado a la correa, el que registra instantáneamente y en forma acumulada el tonelaje de mineral alimentado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 151 CONSIDERACIONES PRACTICA Se presentan consideraciones prácticas, relativas a los parámetros más relevantes a controlar con el fin de alcanzar aglomerados de calidad que permitan reproducir los resultados determinados en las condiciones de diseño del proceso global de lixiviación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 152 OPERACION DEL TAMBOR AGLOMERADOR EN RELACION A: • Tonelaje horario tratado. • Angulo de inclinación. • Velocidad de rotación. • Tiempo de residencia del mineral en el tambor. La humedad inicial y su efecto sobre la dosificación de agua en el tambor. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 153 - Presencia de material fino en el mineral. - Dosificaciones de agua al tambor aglomerador. - Dosificaciones de ácido al tambor aglomerador. - Humedad final del aglomerado. - Sistema y configuración de las adiciones de agua-ácido al tambor aglomerador. - Tiempos de reposo o curado del aglomerado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 154 ADICION DE ACIDO AL TAMBOR AGLOMERADOR Su adición permitirá la sulfatación del cobre produciendo una reacción exotérmica. La dosis óptima de ácido a usar en aglomeración depende de diversos factores, siendo determinado este valor en forma experimental. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 155 Cuando el mineral alimentado presenta variaciones en su composición, dadas por ejemplo por cambios en la ley de cobre presente o los componentes de la ganga o el hierro, la dosificación de ácido al sistema variara de acuerdo a las dosificaciones determinadas en pruebas de barrido de curado efectuadas previamente en laboratorio. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 156 TIEMPO DE REPOSO DEL AGLOMERADO Tiempos cortos de reposo significan bajas sulfataciones y mayor ciclo de riego para alcanzar igual recuperación y disminución de la eficiencia de consumo de ácido, traspasando el ácido no consumido a la siguiente etapa. Tiempos largo de reposo provocan disminución de la permeabilidad por destrucción del aglomerado producto de la perdida de humedad en las capas superiores. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 157 Es necesario entonces, determinar en forma experimental el tiempo de reposo más adecuado para un mineral determinado, para lo cual se realizan pruebas de barridos de curado a distintos tiempos de reposo en el laboratorio. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 158 Es recomendable efectuar periódicas humectaciones de la superficie de la pila mientras se encuentra el aglomerado en reposo, con la solución que iniciará el riego en la lixiviación, para evitar que las capas superiores pierdan humedad y perjudiquen posteriormente la lixiviación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 159 2.17 SISTEMA DE RIEGO La decisión sobre si el sistema de riego usará aspersores o goteros está condicionada por varios factores, los principales son: - La disponibilidad de agua: Si ella es escasa orienta a preferir goteros que generan pérdidas moderadas de evaporación. - La necesidad de conservar temperatura de soluciones también orienta a favor del uso de goteros, incluso considerándose instalaciones tapadas con láminas plásticas y líneas enterradas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 160 - La decisión de regar taludes orienta a favor de goteros o de aspersores especiales. Soluciones muy impuras y con peligro de precipitación de sales orientan a favor de aspersores. - La necesidad de desplazar frecuentemente del sistema de riego sugiere el uso de líneas de tuberías con aspersores. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 161 Las condiciones ambientales: - Vientos excesivos orientan a favor de goteros. - El riego en altura con peligro de congelamiento, orienta preferencias en favor de goteros; en casos extremos, incluso a favor de goteros enterrados en el mineral. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 162 POR GOTEO - Si el agua es deficitaria. - Si el pH de trabajo no permite precipitación de las durezas del agua. - Peligro de congelamiento en la alta cordillera o zonas de altura. - Régimen de viento fuerte y permanente. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 163 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 164 POR ASPERSORES - El agua no es un factor limitante. - Condiciones climáticas favorables. - Régimen de viento moderado. - Cuando no se requiere una buena oxigenación de la solución. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 165 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 166 SISTEMA DE RIEGO - GOTEO Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 167 2.18 PRINCIPALES VARIABLES INDUSTRIALES DEL PROCESO DE LIXIVIACION - Altura de la Pila. - Tamaño de Partícula. - Flujo Especifico. - Tipo de Regadío. - Concentración de Acido. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 168 ANALISIS DE PARAMETROS OPERACIONALES I) Tamaño de partículas: en este caso se tiene un amplio rango de variación, dependiendo del método de lixiviación que se aplique. • Botaderos tal como sale de la mina “run-of-mine” ROM. • Pilas, chancado desde secundario a 100% -2“ hasta terciario a 100% - ¼”, según la porosidad de la roca. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 169 II) Aglomeración y curado: Lo que normalmente se varía son las dosificaciones de agua y de ácido, dependiendo del tipo de minerales que se trate. Así, en el caso de minerales de cobre oxidados, cerca del 70 a 90% del ácido consumido en la planta se agrega durante el curado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 170 En el caso de los minerales sulfurados, las cantidades de ácido son menores, no superando los 5 a 10 kg/ton, que constituye casi el 100% del consumo global del proceso. En las lixiviaciones de botaderos , el curado se realiza en realidad más bien como un preacondicionamiento empapando el mineral al inicio con soluciones concentradas en ácido de unos 100-200 g/l y dejándolo reposar a continuación. Para minerales sulfurados y mixtos se ha visto la conveniencia de incluir en el curado entre 5 y 15 g/l de ion férrico. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 171 III) Altura del lecho de mineral: Está determinada por la permeabilidad (líquida, en el caso de los oxidados, y también gaseosa en el caso de los sulfuros, debido a la necesidad de la presencia de oxígeno) del mineral, la ley de cabeza, el residual de ácido en las soluciones que alcanzan las capas inferiores de la pila y la cinética global de extracción. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 172 La presencia de arcillas, exceso de finos, y la formación de precipitados (por hidrólisis, por ejemplo) pueden disminuir la permeabilidad, resultando en canalizaciones de flujo preferencial y eventual acumulación de soluciones en la superficie, restringiendo el acceso uniforme de aire y de ácido. Las reacciones consumidoras de oxígeno (lixiviación de sulfuros) se ven afectadas inmediatamente por estas anomalías en la permeabilidad. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 173 IV) Flujo específico de soluciones: Las tasas de riego varían entre 5 y 30 l/h/m2 , dependiendo del tipo de lixiviación, tamaño de partícula y altura de la pila. Generalmente se optimiza la combinación flujo especifico altura de pila, de forma de no diluir demasiado las soluciones ricas que van a recuperación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 174 V) Ciclo de lixiviación: Aquí también se presentan numerosas situaciones, ya que para minerales oxidados en pilas se usan entre 30 y 60 días, pero si es en botadero lo habitual es que se extiendan por un año o más. Para minerales sulfurados depende más aún de la granulometría y de la mineralogía. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 175 VI) Consumo de ácido: el consumo depende del tipo de mineral y de la ganga. Los oxidados tienden a reaccionar mucho más rápido con el ácido y dependiendo del tipo de ganga, ésta también sigue, en general, el mismo patrón. Es decir, para minerales oxidados, normalmente se tiene también una ganga más reactiva y el consumo suele alcanzar entre 20 y 60 kg/ton. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 176 En el caso de los sulfuros hay que tener presente que parte del ácido se regenera por causa de los oxidación del azufre catalizada por bacteria y si hay excesos de piritas, puede incluso existir el problema de acumulación de ácido en el sistema. Sin embargo, es habitual tener valores netos de consumo entre 5 y 10 kg./ton para los minerales sulfurados. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 177 VII) Extracción de cobre: Es función de la ley del mineral y del método de lixiviación usado. Así, es habitual tener las recuperaciones que siguen: Botaderos: entre 40 y 60%, según el contenido de sulfuros, la mineralogía y la ley. Pilas : para oxidados puede llegar a 80 y 85%. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 178 VIII) Consumo de Agua: es normalmente bajo y en el caso de la lixiviación en pilas o en botaderos, corresponde a la humedad residual de los ripios que se dejan de regar al término de la lixiviación y a las pérdidas por evaporación y arrastre físico con el viento. Lo habitual es que se requiera menos de medio metro cúbico de agua por tonelada de mineral tratado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 179 2.19 EVALUACION DE PROCESO Los aspectos más relevantes a evaluar en una operación de lixiviación, son los siguientes aspectos: - Recuperación de cobre. - Concentración de cobre en el PLS - Consumo de ácido por tonelada de mineral tratado - Consumo de ácido por tonelada o kilogramo de cobre recuperado. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 180 EVALUACION DE PROCESO Supongamos que en un pila tenemos F toneladas de mineral cuya ley de cobre es f, luego el fino de cobre contenido en la pila es (F x f)/100. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 181 El flujo de solución lixiviante está dado en m3/hr , y si el tiempo de regado está dado por un determinado número de horas, luego: Vol. de solución lixiviante : m3 hr x hr = m3 Concentración de cobre en Solución de regado : kg m3 Concentración de cobre en Solución PLS : kg m3 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 182 Contenido de cobre en Solución de regado : m3 kg m3 = kg1 de cobre 1 Contenido de cobre en PLS : m3 kg = kg2 de cobre m3 2 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 183 Cobre recuperado = kg2 obtenido - kg1 recirculado % cobre recuperado = cobre recuperado cobre contenido en la pila Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade x 100 184 EJEMPLO DE CALCULO Tonelaje en la pila : 30 toneladas Ley de cobre : 1,2% Fino de cobre : 0,36 ton.(360 kg.) Flujo de solución lixiviante : 0,17 m3/hr Tiempo de regado : 30 días Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 185 Volumen de solución regada : 0,17 m3 * 30 días * 24 = 122,4 m3 hr. Concentración de cobre recirculado : 0,2 kg./m3 Cantidad de cobre recirculado : 122,4 m3 * 0,2 kg m3 = 24,48 kg Concentración de cobre en PLS : 2,8 kg/m3 Cantidad de cobre en PLS : 122, 4 m3 * 2,8 kg = 342,7 kg. m3 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 186 Cobre recuperado : 342,7 - 24,48 = 318,22 kg. % de cobre recuperado : 318,22 * 100 = 88,4% 360 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 187 Hagamos el mismo análisis para determinar el gasto de ácido sulfúrico en un proceso de lixiviación. De la misma forma el flujo de solución lixivante está dado en m3/hr. y el tiempo de regado por un determinado número de horas, luego: Vol. de solución lixiviante : Concentración de ácido en Solución de regado m3 x hr = m3 hr : kg m3 Concentración de ácido en PLS : kg m3 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 188 Contenido de ácido en Solución de regado : m3 kg m3 Contenido de ácido en PLS : m3 kg m3 = kg1 de ácido 1 = kg2 de ácido 2 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 189 Gasto de Acido: Acido alimentado - Acido en PLS : kg1 - kg2 Consumo de Acido : kg1 - kg2 TM Consumo de Acido : * 100 kg1 - kg2 x 100 kg de cobre recuperado Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 190 EJEMPLO DE CALCULO De acuerdo al ejemplo anterior, se tiene: Tonelaje de la pila Ley de cobre Fino de cobre Volumen de PLS : 30 toneladas : 1,2% : 0,36 ton. (360 kg) : 122,4 m3 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 191 Además para el ácido se tienen los siguientes parámetros: • Concentración de ácido en solución de regado: 12 kg/m3 • Concentración de acido en el PLS: 3 kg/m3 • Contenido de ácido en solución de regado: 12 kg * 122,4 m3 = 1,47 Ton. m3 • Contenido de ácido en el PLS : 3 kg *122,4 m3 = 0,367 Ton. m3 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 192 Gasto de Acido = 1,47 Ton - 0,367 Ton = 1,1 Ton. Consumo de Acido = 1.100 kgs. = 36,7 kgs./Ton 30 Ton Consumo de Acido = 1.100 kg consumido = 3,46 kgH+/kg cobre 318,2 kg de Cu recuperado Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 193 3. EXTRACCION POR SOLVENTE, DESCRIPCION DEL PROCESO, ETAPA DE EXTRACCION Y REEXTRACCION Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 194 3.1 INTRODUCCION El proceso de extracción por solvente se define como un proceso de purificación y concentración de soluciones, al término del cual, se generan soluciones aptas para su posterior tratamiento de precipitación electrolítica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 195 Mineral Chancado El desarrollo de la hidrometalurgia del cobre ha llevado a la adopción de un sistema Lixiviación Refino PLS interconectado y sincronizado, compuesto por tres operaciones básicas. Ripios Extracción por Solventes Avance EP Electroobtención Energía Eléctrica Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Cobre 99.99% 196 CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES ACUOSAS PLS : 4 – 6 gr/lt de Cu+2, 2 – 5 gr/lt Fe, 2 – 4 gr/lt de H2SO4 Refino: 0,2 – 0,4 gr/lt de Cu+2, 2 – 5 gr/lt Fe, 6 – 9 gr/lt de H2SO4 CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES ORGANICAS Orgánico Cargado : 4 – 8 gr/lt de Cu2+ Orgánico Descargado: 0,3 – 0,8 gr/lt de Cu2+ Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 197 CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES ACUOSAS ELECTROLITO RICO o AVANCE : 38 – 46 gr/lt de Cu+2, 2 – 3,5 gr/lt Fe, 180 – 200 gr/lt de H2SO4 ELECTROLITO POBRE o SPENT : 32 – 36 gr/lt de Cu+2, 2 – 3,5 gr/lt Fe, 160 – 170 gr/lt de H2SO4 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 198 La Fase Orgánica o Solución Orgánica está compuesta por : • Extractante. • Diluyente. • Modificador de fases (no siempre). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 199 EXTRACCION POR SOLVENTES (SX) EXTRACCION 2RH + Cu2+ = CuR2 + 2H+ REEXTRACCION CuR2 + 2H+ = 2RH + Cu2+ Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 200 Su aplicación en la industria del cobre ha posibilitado el beneficio de menas oxidadas que por métodos tradicionales sería antieconómico procesar. Así, ha permitido tratar minerales de baja ley (ripios, desmontes, lastres) o soluciones diluidas (aguas de minas, soluciones descarte), con niveles variables de impurezas, obteniéndose soluciones concentradas y puras, aptas para electroobtención. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 201 Otra gran ventaja del proceso es permitir una operación de electroobtención con altas densidades de corriente y con eficiencias de corriente por sobre el 90-92%, obteniéndose cátodos de alta pureza química y óptima calidad física. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 202 3.2 DESCRIPCION DEL PROCESO DE SX El proceso de extracción por solventes se basa en una reacción reversible de intercambio iónico entre dos fases inmiscibles; la fase orgánica (que contiene al extractante) y la fase acuosa. (Cu++)A + 2(HR)O = (CuR2)O + 2(H+)A Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 203 El sentido de la reacción está controlado por la acidez (pH) de la solución acuosa. En el proceso global de extracción por solventes intervienen 2 etapas: de extracción y de reextracción. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 204 ETAPA DE EXTRACCION La solución impura de lixiviación, con baja acidez (pH entre 1.4 y 2.5), se contacta en mezcladores-sedimentadores con la fase orgánica de muy bajo contenido en cobre (orgánico descargado). Debido a la baja acidez de la solución acuosa, la reacción anterior se desplaza hacia la derecha, obteniéndose después que ambas soluciones han pasado por todas las etapas de extracción, una fase orgánica con alto contenido en cobre (orgánico cargado) y una fase acuosa (refino) que ha entregado gran parte del cobre que contenía a la fase orgánica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 205 ETAPA DE EXTRACCION PLS Refino E1 E2 Orgánico Cargado Orgánico Descargado Por cada 1 gr. de cobre extraído el refino gana en 1,53 gr. de ácido sulfúrico. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 206 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRACCION • pH del PLS. • Concentración de extractante en la fase orgánica. • Razón de flujos (FA/FO). • Concentración de cobre en el PLS. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 207 ETAPA DE REEXTRACCION El orgánico cargado obtenido en la etapa anterior se contacta con el electrolito (spent) que retorna de electroobtención a SX. Debido a la alta acidez del electrolito (160 – 180 gpl H2SO4), se produce la reacción inversa, es decir, el cobre de la fase orgánica es transferido a la fase acuosa. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 208 ETAPA DE REEXTRACCION Orgánico Cargado Electrolito Rico R1 R2 Orgánico Descargado Electrolito Pobre Por cada 1 gr. de cobre reextraído el electrolito pobre pierde 1,53 gr. de ácido sulfúrico. Factores que influyen en la reextracción: • Concentración de ácido en electrolito pobre. • Razón de flujo (FO/FA). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 209 4. CARACTERISTICAS DEL REACTIVO EXTRACTANTE ORGANICO Y DEL DILUYENTE Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 210 4.1 CARACTERISTICAS DEL REACTIVO EXTRACTANTE ORGANICO El componente activo de la fase orgánica que interactúa químicamente con el cobre es denominado extractante. Características de los extractantes: • Extraer el cobre con la máxima selectividad posible desde la solución que los contiene. • Ser descargable hacia una solución desde donde pueda ocurrir en forma sencilla la recuperación del metal (cobre). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 211 • Ser inmiscible cobre. con la solución acuosa que contiene el • Ser estable a las condiciones del circuito de manera que pueda ser reciclado muchas veces. Para ello debe ser químicamente estable frente al ataque de ambientes ácidos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 212 • Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una transferencia neta eficaz del metal extraído. • Cargar y descargar el metal con facilidad, lo bastante rápido como para que los tiempos de mezclado resulten en equipos razonablemente económicos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 213 • No debe promover emulsiones estables. • Debe tener un costo económico adecuado. • Ser de fácil separación de la fase acuosa, es decir, que su inmiscibilidad sea efectiva y que la separación se logre eficientemente en tiempos breves. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade razonablemente 214 La extracción de una determinada sustancia se suele medir por la razón o “coeficiente de distribución” D, que no es más que la relación entre las concentraciones, en condiciones de equilibrio, de esa determinada sustancia en la fase orgánica versus la misma, en la fase acuosa. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 215 Cuanto mayor sea el valor de D, más eficiente será la transferencia. Es decir: D = CONC. Cu en ORG / CONC Cu en ACUOSO Para la operación inversa de descarga, la relación anterior se invierte, quedando siempre la fase receptora en el numerador y la fase portadora de la transferencia en el denominador. D= Conc. Cu en AC. / Conc. Cu en ORG. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 216 En relación al concepto de “capacidad de carga” de un reactivo, esta se refiere no sólo al metal que es factible de ser cargado por el extractante en un tiempo razonable, sino más bien, a la “transferencia neta” que se logra al descontar el retorno que trae ese mismo extractante desde la descarga, en calidad de “carga circulante”. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 217 Concentración del Metal en la Fase Orgánica [g/1] Carga Máxima: nivel de carga máxima absoluta, se determina con procedimientos estándar (ver manuales del fabricante). Orgánico Cargado: es el nivel práctico Superior. Más arriba es cada vez más difícil cargar en forma eficiente y económica. CAPACIDAD DE CARGA NETA TRANSFERENCIA Orgánico Descargado: es el nivel práctico Inferior. Más abajo de este nivel es cada vez más difícil lograr una descarga eficiente. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 218 Las cetoximas fueron las primeras hidroxioximas usadas como extractantes comerciales y se mantuvieron en forma exclusiva por cerca de varios años. Los reactivos de esta clase presentan propiedades excepcionales de extracción y descarga y se comportan muy bien con soluciones de lixiviación a temperaturas intermedias y con un rango de pH ente 1,7 y 1,8. Sin embargo, carecen del suficiente poder de extracción de cobre como para obtener buenas recuperaciones, desde soluciones de lixiviación más frías, con altos contenidos de cobre y/o con un pH inicial más bajo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 219 Las aldoximas, que también reciben el nombre de salicilaldoximas, se distinguen por una fuerte capacidad de extracción para el cobre. Por otra parte, las cetoximas se caracterizan por una capacidad moderada. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 220 Las aldoximas fueron desarrolladas para superar los problemas de fuerza de extracción de las cetoximas. Su característica más destacada es poseer un alto poder de extracción; sin embargo, éste es también su lado débil. Cuando se usa solo, este tipo de reactivo extractante tiene un poder tan altamente extractivo que el cobre no se descarga satisfactoriamente con un electrolito de características normales. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 221 Como resultado, la transferencia neta de cobre de un reactivo extractante del tipo aldoxima (la diferencia entre la concentración de cobre del orgánico cargado y la del orgánico descargado) es baja. Por esta razón, estos extractantes se usan en combinación, ya sea con un modificador o con una cetoxima. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 222 Los modificadores son compuestos orgánicos polares, normalmente alcoholes de cadena larga, como el tridecanol, el nonilfenol, o ciertos ésteres, que debilitan el poder extractivo de los reactivos extractantes para cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 223 Paradójicamente, el uso de modificadores trae sus propios problemas, ya que pueden aumentar la viscosidad de la fase orgánica y por lo tanto, promover la formación de crudo con ciertas soluciones de lixiviación, y algunos modificadores aumentan la degradación del reactivo y/o disminuyen la selectividad de Cu/Fe. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 224 La mezcla cetoxima/aldoxima, sin agregar modificador, también ha sido ampliamente usada en SX para cobre. Estos reactivos se pueden mezclar en un rango amplio para equiparar el poder extractivo de la mezcla con las necesidades específicas de una planta determinada, aplicándolo a la medida de una solución de lixiviación en particular. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 225 O-H C9H19 N-OH C-H SALICILYLALDOXIMA LIX860NI H- C LIX984N O-H O HO - N C9H19 N-OH 2+ + Cu SO4 -- C-CH3 Cu N-OH O C-CH3 CETOXIMA LIX84NI C9H19 2 RH 2+ + Cu SO4 -- C9H19 CuR2 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade + + [H] 2 [ SO4 ] -- 226 PROPIEDADES DE EXTRACTANTES PROPIEDADES COMPARADAS CETOXIMA ALDOXIMA MODIFICADA MEZCLA CETOXIMA/ALDOXIMA Capacidad de extracción Moderado Fuerte Ajustable a la medida Facilidad de descarga Muy Buena Buena Ajustable a la medida Selectividad Cu/Fe Excelente Excelente Excelente Cinéticas para el cobre Muy Buena Muy Rápida Rápida Separación de fases Muy Buena Muy Buena Muy Buena Estabilidad de la molécula Muy Buena Muy Buena Muy Buena Generación de Borras (crud) Baja Variable Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Baja 227 • Cetoximas (Poder moderado de extracción, pH 1.7-1.8). • Aldoximas o Salicilaldoximas (Fuerte poder de extracción). Estas dos oximas se diferencian tanto en su estructura como en sus propiedades. • Distribucion de extractante en el mercado chileno Cetoxima 31% Aldoxima Cetoxima Aldoxima 69% Empresa Extrtactante Sustancia activa Cerro colorado Lix860 NIC – Lix 84 IC Aldoxima/Cetoxima Codelco M 5774 Aldoxima Collahuasi M 5640 Aldoxima El Abra Lix 984 NC Aldoxima/Cetoxima Lomas Baya Lix 84 IC Aldoxima Mantos Blancos M 5640 Aldoxima Michilla Lix 984 NC Aldoxima/Cetoxima Quebrada blanca Lix 984 N Aldoxima/Cetoxima El Tesoro Lix 84 IC Cetoxima Zaldivar Lix 984 NC Aldoxima/Cetoxima Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 228 EXTRACTANTES COMERCIALES Nombre Comercial Fabricante Extractante Activo Modificador Fuerza Extractante ACORGA P5100 Avecia Aldoxima Nonil-fenol Poderoso ACORGA PT 5050 Avecia Aldoxima Tridecanol Poderoso ACORGA M 5640 Avecia Aldoxima Ester Poderoso LIX 84 Cognis Cetoxima Ninguno Moderado LIX 984 Cognis Cetoxima/ Aldoxima Ninguno Poderoso LIX 622 Cognis Aldoxima Tridecanol Poderoso LIX 860 Cognis Aldoxima Ninguno Muy poderoso Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 229 4.2 CARACTERISTICAS DE LOS DILUYENTES El diluyente se usa, para reducir la viscosidad de la fase orgánica permitiendo que fluya fácilmente y también, para reducir la excesiva concentración del extractante orgánico activo y de esta manera, poder adecuar la concentración de dicho extractante con el contenido de metal de la solución de lixiviación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 230 Un buen diluyente debiera cumplir con la mayoría de las siguientes características: • Solubilizar al extractante y al complejo organometálico formado por la reacción del metal con el extractante. • Tener una muy baja viscosidad y baja densidad para favorecer la separación de fases y reducir los arrastres de una fase en la otra. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 231 • Tener bajas pérdidas por evaporación. • No interferir perjudicialmente en la química de las reacciones de extracción y descarga del metal. • Estar disponible con facilidad, en grandes cantidades y a bajo costo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 232 4.3 CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES ACUOSAS QUE AFECTAN EL PROCESO DE SX. La solución acuosa, normalmente una solución rica de lixiviación o PLS, es la fase portadora del cobre. Una vez que la solución acuosa ha sido procesada por SX, suele ser enviada de regreso a la lixiviación, cambia de denominación y pasa a llamarse solución pobre o, más comúnmente, refinado o solución de refino. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 233 Existen propiedades de la solución acuosa que pueden ser controladas o modificadas y por lo tanto, usadas para lograr una más eficiente separación y/o purificación del cobre mediante SX. Estas características son: • La acidez libre, expresada como pH • El potencial de óxido – reducción, o Eh • La temperatura. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 234 5. ANALISIS FISICO DEL PROCESO DE EXTRACCION POR SOLVENTE, CONCEPTO DE FASE CONTINUA Y FASE DISPERSA, SEPARACION DE FASES Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 235 5.1 CONCEPTO DE FASE CONTINUA Y DISPERSA Los equipos de extracción por solventes más empleados son del tipo mezclador–decantador (mixer-settler). Estos términos se usan para describir equipos de contacto múltiple en el cual las dos fases se contactan en el mezclador para crear la dispersión de una fase en la otra. La dispersión pasa por rebalse al decantador, formándose las dos fases nuevamente. La transferencia de masa del cobre tiene lugar fundamentalmente en el mezclador. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 236 Al mezclarse en un mixer dos fases inmiscibles, una de ellas debe encontrarse dispersa en la otra. Se presentan dos casos: • Cuando la fase acuosa está dispersa en la fase orgánica, se habla de continuidad orgánica. • Cuando la fase orgánica está dispersa en la fase acuosa, se habla de continuidad acuosa. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 237 FASE CONTINUA Y FASE DISPERSA • La continuidad de fases tiene gran importancia en los arrastres físicos de una fase en la otra después de la separación. Orgánico Acuoso Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Acuoso Orgánico 238 La continuidad tiene gran importancia en los arrastres físicos de una fase en la otra después de la separación, lo que se llama contaminación. La contaminación O/A es el volumen de orgánico (ppm) que es arrastrado por la fase acuosa. Esta contaminación representa una pérdida de orgánico, reactivo de alto precio, por lo que debe ser minimizada. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 239 La contaminación A/O es el volumen de acuoso (ppm) que es arrastrado por la fase orgánica, debe ser controlada puesto que es el orgánico cargado, al pasar de las etapas de extracción a las etapas de reextracción, al contener altos arrastres de acuoso podría causar un aumento paulatino de los niveles de impurezas en el electrolito rico, solución que debe ser lo más pura posible. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 240 Por otro lado, los arrastres de electrolito de alta acidez en el orgánico descargado que pasa de reextracción a extracción, podría producir un aumento de la acidez en la última etapa de extracción, disminuyendo la eficiencia. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 241 En líneas generales se puede decir que: a) En continuidad orgánica se obtienen mayores bandas de dispersión, bajas contaminaciones O/A y altas contaminaciones A/O. b) En continuidad acuosa se logran menores bandas de dispersión, altas contaminaciones O/A y bajas contaminaciones A/O. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 242 Es por lo anterior que normalmente se trabaja con continuidad orgánica. Hay solamente casos específicos en los cuales es conveniente operar con continuidad acuosa. Se puede concluir entonces: • En las etapas en que las soluciones acuosas salen del circuito SX (última etapa de extracción y primera etapa de reextracción) debe necesariamente operarse con continuidad orgánica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 243 • En las etapas en que el orgánico pasa de extracción a reextracción y viceversa, es recomendable operar en continuidad acuosa. • En las etapas intermedias, la continuidad no tiene gran importancia, prefiriéndose normalmente operar con continuidad orgánica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 244 5.2 MEZCLADOR - SEDIMENTADOR FUERZAS GRAVITACIONALES FASE LIGERA BANDA DE DISPERSION FASE PESADA FASE ORGANICA FASE ACUOSA MEZCLADOR A LA SIGUIENTE ETAPA SEDIMENTADOR Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade A LA ETAPA ANTERIOR 245 Puede llegarse al fenómeno que ocurre cuando la banda ocupa toda la fase orgánica “ flooding”. Si la altura es pequeña no hay buen efecto del filtro. O O B de D A A BAJA Altura de la banda de dispersión: b = k * (Q / A)n B de D NORMAL ALTA Q = Flujo total. A = Area del sedimentador. K y n = Constantes Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 246 5.3 FUNCIONES Y CARACTERISTICAS PRINCIPALES Mezclador – Sedimentador extracción: • Mezclar eficientemente los flujos de PLS y Orgánico descargado. • Promover el intercambio de iones Cu2+ y H+ en tiempos cortos (aproximadamente 1-3 minutos). • Separar las fases acuosas y orgánicas, una vez alcanzado el equilibrio. • Minimizar los atrapamientos o arrastres de una fase en otra. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 247 MEZCLADOR–SEDIMENTADOR REEXTRACCION • Mezclar eficientemente los flujos de Electrolito Pobre (SPENT) y Orgánico Cargado. • Promover el intercambio de iones Cu2+ y H+ en tiempos cortos (aproximadamente 1-3 minutos). • Una vez alcanzado el equilibrio, separar las fases acuosas y orgánicas, minimizando los atrapamientos o arrastres de una fase en otra. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 248 5.4 SEPARACION DE FASES Muy ligado a lo anterior (continuidad) es la separación de fases, que dependiendo del tipo de continuidad será determinante en la eficiencia y rapidez con que ocurre la separación de fases en el decantador. La rapidez de separación de fases esta en gran medida determinada por la viscosidad de la fase continua, en el seno de la cual sedimentan y coalescen las gotas de la fase dispersa. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 249 En el decantador, la mezcla que llega procedente del mezclador comenzará con rapidez a deshacerse, juntándose las gotitas de la fase dispersa, las que al crecer, acumulan un tamaño y peso suficiente como para desplazarse hacia la interfase y unirse con el resto de su fase. Este fenómeno se conoce como “coalescencia”. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 250 Al decantador, en grandes líneas, le corresponde separar las fases que alcanzaron ya su equilibrio químico (o seudo-equilibrio) durante el mezclado. Para ello, el equipo esta dotado de una gran superficie, cuya configuración normalmente, corresponde a un paralelepípedo rectangular de escasa profundidad, de planta más bien cuadrada para disminuir las velocidades lineales de desplazamiento de las soluciones. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 251 Cuando en la lixiviación se trabaja con agua altamente salina como, por ejemplo, en el caso del uso de agua de mar, donde el equilibrio de cloruros puede alcanzar a 50 g/l. Por otra parte, en la electrólisis no es aceptable un contenido de cloro superior a los 20 a 30 ppm, para evitar la corrosión de los cátodos de acero inoxidable usados en las placas permanentes. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 252 SEPARACION DE FASES Y BANDAS DE DISPERSION • Al dejar el mezclador, las fases comienzan a separarse Orgánico Banda de Dispersión Acuoso Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 253 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 254 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 255 5.5 ANTECEDENTES OPERACIONALES ARRASTRES DE ORGANICO EN ACUOSO O/A Los factores que determinan mayores o menores arrastres de orgánico en la fase acuosa (O/A) son: continuidad de fase, temperatura, densidad, viscosidad, tamaño de gota, flujos específicos y velocidades lineales, altura de capas de orgánico, acuoso y bandas de dispersión; grado de agitación, características del extractante y diluyente, concentración; tiempo de separación de fases, diseño de ticket-fence, niveles de crud, compuestos tensoactivos, tensión interfacial y sólidos en suspensión. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 256 En todo proceso de extracción por solventes, el parámetro de mayor relevancia operacional lo constituye el consumo de extractante (Kg. extractante/ ton Cu depositado), por ser el insumo de mayor costo, y por lo tanto el índice de mayor impacto en evaluaciones técnico económica de plantas de Extracción por Solventes. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 257 Se encuentra que el consumo de fase orgánica tiene un comportamiento similar a la generación de crud y los arrastres O/A en los flujos de solución refino y electrolito de avance. Lo anterior es indicativo que las inestabilidades operacionales de la planta SX, radican en altas tasas de generación de crud asociadas a incrementos de los arrastres O/A, y mayores pérdidas de fase orgánica, sean estas químicas y/o físicas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 258 Los principales problemas asociados a la presencia de orgánico en electrolito de avance y solución refino, se resumen en: Impacto en la calidad catódica. • Obtención de cátodos quemados en casos críticos. • Mala calidad del depósito en zonas impregnadas con orgánico al sembrar cátodos permanentes e incremento de impurezas. • Incremento de la contaminación con plomo. • Mayor corrosión anódica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 259 Impactos importantes en los costos de operación por: pérdidas de fase orgánica, mano de obra adicional en limpieza de circuito y/o deterioro de celdas que utilizan brea como recubrimientos, mayores requerimientos de Cobalto y otros aditivos por aumento de corrosión anódica. Obstrucción en sistemas de distribución en lixiviación. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 260 En relación a los sólidos, su arrastre genera problemas en los intercambiadores de calor, nodulación catódica y aportes de otras impurezas por disolución en el electrolito como Cloro, Manganeso, Sílice, Hierro y Aluminio. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 261 Entre las opciones para disminuir los arrastres O/A, se encuentran las operativas y los procedimientos alternativos, como: OPERACIONALES: • Operación de etapas de Extracción (E–2) y Reextracción (S–1) en continuidad orgánica. • Minimizar o eliminar la problemática de generación de crud. Adición a solución PLS de coagulante compatible con fase orgánica. • Optimizar el nivel de operación de las capas de orgánico y acuoso en decantadores. • Minimizar las pérdidas de calor, temperatura PLS > 21 ºC. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 262 • Optimizar grado de agitación sin alterar eficiencia. N3 D2 20. • Incorporación de mallas en decantadores. • Restauración de propiedades físicas de separación de fases del orgánico de operación. Tratamiento con arcilla (Bentonitas, Zeolitas) y filtración en filtro Sparkler. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 263 PROCEDIMIENTOS ALTERNATIVOS: • Uso de post decantadores de electrolito. • Flotación en columnas. • Filtración en filtros de arena y antracita. • Uso de coalescedores. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 264 ARRASTRES ACUOSO EN ORGANICO A/O Los arrastres de acuoso en orgánico (A/O) cargado constituyen una de las permanentes preocupaciones de los metalurgistas y operadores, puesto que de su adecuado control depende la estabilidad técnico – económica de los procesos SX – EW, la calidad catódica y las condiciones ambientales. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 265 Los factores que determinan el arrastre de acuoso en la fase orgánica son: Continuidad de fase, temperatura, densidad, viscosidad y tamaño de gota; flujos específicos y velocidades lineales, altura de capas de orgánico, acuoso y bandas de dispersión; grado de agitación características del extractante y diluyente, concentración; tiempo de separación de fases, diseño de picket fence, niveles de crud, compuestos tensoactivos, características de la fase acuosa, tensión interfacial y sólidos en suspensión. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 266 Los principales problemas asociados al incremento de los arrastres A/O se pueden resumir en: • • • • Contaminación del electrolito con Cloro, Manganeso, Nitrato, Aluminio, Sílice, Hierro, Yodo, sólidos y otros. Mayor corrosión anódica. Mayor contaminación catódica. Mayor contaminación ambiental en la nave. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 267 • Mayores pérdidas de electrolito por arrastres en reextracción, mayor requerimiento de purgas. • Pérdidas de Cobre, H2SO4, Cobalto, aditivos desde electrolito. • Requerimientos adicionales en reposición de agua declorizada. • Potenciales pitting en placas de aceros inoxidables. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 268 • Problemas de despegue de cátodos, afectando la producción. • Deterioro de la calidad física del producto. • Envenenamiento de orgánico. • Problemas críticos en invierno en plantas que operan con altos niveles de Cloro y Nitratos en solución PLS. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 269 Entre las opciones para minimizar y controlar los arrastres A/O, se distinguen acciones operacionales y la aplicación de tecnologías alternativas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 270 OPERACIONALES • Operar las etapas E – 1 y S – 2 en continuidad acuosa. • Incorporación de coagulantes y/o floculantes compatibles con la fase orgánica al PLS en niveles controlados. • Restauración de las propiedades de separación de fases. • Minimizar las pérdidas de calor. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 271 • Minimizar la formación de crud. • • Optimizar el grado de agitación sin alterar eficiencias. Incrementar hasta donde sea operativamente posible las capas de orgánico de las etapas E - 1 y S – 2 En casos críticos de altas bandas de dispersión incorporar crud, Bentonita, Zeolitas en dosis controladas. • Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 272 • Incorporar agua de lluvia en sector de vertederos hacia el interior del decantador. • Utilizar fase orgánica óptima, definida de acuerdo a las propiedades de las oximas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 273 PROCEDIMIENTOS ALTERNATIVOS • Empleo etapa de lavado del orgánico cargado. • Empleo de coalescedores. • Decantación adicional en estanque de orgánico. • Concepto estanque orgánico - coalescedor. • Combinación de las anteriores. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 274 5.6 GENERACION DE BORRAS En ocasiones ocurren problemas de solubilidad del complejo extraído en la fase orgánica a medida que el metal o complejo metálico es capturado y extraído por el reactivo orgánico fresco; el cual, al irse cargando, introduce una molécula mucho más grande al sistema constituido por la fase orgánica. Esto se refleja en un aumento de la viscosidad de la fase orgánica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 275 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 276 Este complejo no es siempre fácilmente disuelto en la fase orgánica y a veces, a causa de este problema de solubilidad ocurren saturaciones que provocan la formación de una tercera fase, indeseada y conflictiva, en el sistema de SX. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 277 Pero además de los problemas de viscosidad y de solubilidad hasta aquí analizados, en la situación real de casi todas las plantas industriales de SX, se ha observado la formación de una sustancia en la interfase entre las fases acuosa y orgánica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 278 Esta sustancia ha recibido el nombre de “borra” (“crud”) y corresponde a una emulsión estable de aspecto gelatinoso compuesta de acuoso, de orgánico y de una pequeña cantidad de sólidos finos (sean externos, por ejemplo, arcillas traídas por la fase acuosa desde la lixiviación, o bien precipitados en el propio circuito de SX, por ejemplo, hidróxidos, jarositas u otros productos del cambio de pH en las soluciones). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 279 Entre esos sólidos, es frecuente encontrar sílice coloidal y bacterias. Lo curioso es que las borras de una planta son normalmente muy diferentes a las de otra, que en apariencia, opera en condiciones muy similares. Las borras pueden ser hidrofílicas o hidrofóbicas, según su afinidad con una de las fases líquidas del proceso, y tienen una densidad intermedia entre las de la fase orgánica y la fase acuosa, localizándose en la interfase de las dos fases clarificadas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 280 En ocasiones, por ejemplo, se han encontrado en ellas acumulaciones de productos de degradación del reactivo orgánico, sugiriendo que serían ellos los promotores de su formación. En otras, el predominio de la sílice coloidal marca más claramente el origen de esas borras. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 281 Las borras se suelen acumular en un estanque y tratar para la recuperación del reactivo atrapado. El tratamiento de borras normalmente se realiza mediante dos procesos alternativos. procedimiento En un de caso, se puede centrifugación que utilizar un entrega separadamente los tres constituyentes principales: por un lado, el orgánico, que se devuelve a su respectivo circuito; por el otro, el acuoso que se envía al estanque de refino; y finalmente, el residuo sólido final, que se descarta. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 282 Sin embargo, en ocasiones al examinar el orgánico recuperado se encontró que éste contenía porcentajes altos de los productos normales de degradación química de su molécula principal. Estas sustancias son indeseables en la planta, ya que contaminan la fase orgánica y promueven los efectos indeseados, tanto de la tercera fase, mencionada más arriba, como de la mayor formación de borras, por lo que es conveniente no dejar que se acumulen en el circuito. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 283 Este material se localiza en la interfase orgánico/acuoso en los decantadores y corresponde a una emulsión estable constituida por una mezcla íntima de fase acuosa, fase orgánica, sólidos y aire. En el caso de sólidos arcillosos cuyos componentes principales son: Sílice, Aluminio, Cobre y Hierro, las composiciones volumétricas típicas son: Orgánico : 50 - 65 % Acuoso : 27 - 37 % Sólidos : 3 - 17 % Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 284 FACTORES DETERMINANTES EN LA GENERACION DE BORRAS Una gran variedad de factores determinan una mayor o menor tasa de formación de crud en plantas SX, entre estos se pueden destacar: la naturaleza y contenido de sólidos en suspensión en la alimentación, características del extractante y diluyente, presencia de compuestos tensoactivos, grado de agitación, atrapamiento de aire en mezclado, continuidad de fases, etc. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 285 Los parámetros de mayor relevancia en la prevención y control de la formación de crudo y por ende de la generación de borras residuales, son las siguientes: • Control de sólidos en la alimentación a SX, a través de determinación de turbidez en soluciones afluentes y adición de reactivos coagulantes. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 286 • Operación de todas las etapas de SX en continuidad orgánica. • Control permanente del diluyente previa incorporación al proceso. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 287 6. ELECTROOBTENCION, DESCRIPCION DE CELDA ELECTROLISIS Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 288 6.1 INTRODUCCION La EO (EW = electrowining) es la ultima etapa en la secuencia que se aplica a minerales oxidados: Extracción – Conminución – Aglomeración – Lixiviación – Extracción por solventes (SX) Electro Obtención La fuente de Cu es una solución proveniente de SX. El Cu se deposita en forma de cátodo de 99.9 % de pureza. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 289 El proceso de electroobtención de cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de “minerales oxidados y mixtos de cobre”. El cobre es depositado desde soluciones purificadas por medio de una electrólisis directa. El objetivo del proceso es producir cátodos de cobre de alta pureza. Para lograr este objetivo, la solución proveniente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en cobre en la planta de extracción por solventes, para posteriormente ser conducida a una serie de celdas de electrodepositación donde se producen los cátodos de cobre con una pureza de 99,99%. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 290 EL PROCESO DE ELECTROOBTENCION DE COBRE 5. ELECTROOBTENCION En la electroobtención se recupera el cobre de la solución proveniente de la lixiviación, obteniendo cátodos de alta pureza. Una vez transcurridos seis a siete días en este proceso de electroobtención, se produce la cosecha de cátodos Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 291 6.2 REACCIONES REDOX Son reacciones en las cuales ocurren cambios en el número de oxidación de uno o dos sustancias. En toda REDOX hay dos semireacciones: Semireacción Oxidación Semireacción Reducción Las dos semireacciones son simultaneas; no puede haber una sin la otra Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 292 CONCEPTOS REDOX 1. OXIDACION: Reacción mediante la cual un átomo pierde electrones. 2. REDUCCION: Reacción mediante la cual un átomo gana electrones. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 293 AGENTES REDOX AGENTE OXIDANTE: Es aquella especie que oxida a otra y en ese proceso diminuye su E.D.O. (o sea, se reduce). AGENTE REDUCTOR: Es aquella especie que reduce a otra y en ese proceso aumenta su E.D.O. (o sea, se oxida). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 294 6.3 ELECTRODOS • Los electrodos son superficies sobre las que tienen lugar las semi-reacciones de oxidación y reducción. Pueden participar o no en las reacciones. Aquellos que no reaccionan se denominan electrodos inertes. • Para ambos tipos de celdas los electrodos se identifican de la manera siguiente: CATODO: Electrodo en el que ocurre reducción ANODO: Electrodo en el que ocurre oxidación • Estos pueden ser positivos o negativos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 295 ¿COMO SE CONDUCE LA CORRIENTE ELECTRICA? La corriente carga. eléctrica representa transferencia de La carga se puede conducir a través de metales y de electrólitos líquidos puros o de disoluciones conteniendo electrólitos. Conducción metálica: flujo de electrones movimiento análogo de los átomos del metal. sin Conducción iónica o electrolítica: conducción eléctrica mediante movimiento de iones a través de una solución o un líquido puro. Iones (+) migran hacia el cátodo (-) Iones (-) migran hacia el ánodo (+) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 296 6.4 CELDAS ELECTROLITICAS Consta de un recipiente con el material de reacción y los electrodos inmersos y conectados a una fuente de corriente continua. Generalmente se usan electrodos inertes. Estas celdas transforman la energía eléctrica producida mediante un generador en energía química. Anodo (+) Catodo (-) Eº < 0 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 297 POTENCIAL DE UNA CELDA Corresponde a la diferencia de potencial entre dos electrodos de una celda. Se denomina fuerza electromotriz (FEM) o potencial de celda. En condiciones estándar (1 M de concentración para especies disueltas y 1 atm de presión para gases), se denomina potencial estándar ( Eº). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 298 POTENCIAL CONTINUACION..... En cada semicelda, existe un potencial: el de oxidación Eºoxid y el de reducción Eºred. La fem estándar de la celda corresponde a la suma de los potenciales estándar de oxidación y reducción. Eºcelda = Eºoxid + Eºred Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 299 FUERZA ELECTROMOTRIZ La Fuerza electromotriz (F.E.M.),es una característica de cada generador eléctrico, y se define como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga positiva por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, al llegar a este polo negativo es necesario realizar un trabajo o sea, un consumo de energía (mecánica, química, etc.) para el transporte de dicha carga por el interior desde un punto de menor potencial (polo negativo) a otro de mayor potencial (polo positivo). La F.E.M. se mide en voltios lo mismo que el potencial eléctrico. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 300 Electrólisis….. direct current spring electrolyte anode (+) cathode (-) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 301 6.5 REACCIONES Y ELECTRODOS EN EL PROCESO DE ELECTROOBTENCION DE COBRE REACCION CATODICA La reacción en el cátodo en la separación por electrólisis es la deposición de cobre en la lámina de acero inoxidable, ésta viene dada por: Cu2+ + 2e = Cu E° = 0.34 VENH Y dependiendo de las condiciones de trabajo, podría ocurrir: H+ + e = 1/2H2 E° = 0 VENH Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 302 REACCION ANODICA En electroobtención de cobre, el ánodo es una aleación inerte que no participa en la reacción, pero que actúa solamente como soporte electrónico; de tal modo que la reacción principal es la descomposición de solvente según: H2O = 1/2O2 + 2H+ + 2e E° = 1.23 VENH Analizando el cambio global que se produce en la celda al paso de la corriente, la reacción global sería: Cu2+ + H2O = Cu + 2H+ + 1/2O2 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade Eº = -0,89 VENH 303 REACCIONES EN E.O DE COBRE (-) O2 (+) O2 (+) Cu A N O D O C A H+ T O H+ D O Cu CuA2 +2e Cu H+ H+ Cu A N O D O Cuº REACCION CATODICA: Cu2+ + 2e- → Cu° E° = 0.34 VENH REACCION ANODICA: H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e- E° = -1.23 VENH REACCION GLOBAL: Cu2+ + H2O→ Cu° + ½ O2 + 2H+ E° = -0.89VENH Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 304 7. REACCIONES CATODICAS Y ANODICAS Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 305 El producto final son cátodos de cobre de alta pureza (99,99 %Cu) 7.1 REACCIONES PARASITAS Además de las reacciones fundamentales, ocurren otras reacciones indeseadas, ya que consumen parte de la corriente impuesta sobre el sistema y disminuyen la eficiencia del proceso. Estas dependen de la presencia de impurezas en solución y entre ellas pueden contarse las siguientes: 2H+ + 2e- H2 burbujeo de hidrógeno en el cátodo Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 306 Fe3+ + e- Fe2+ Reducción del fierro residual en el cátodo. Esto no produce depósito de fierro en el cátodo. Pero se debe evitar la presencia de fierro en cantidades considerables en la solución, para evitar que esta reacción ocurra. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 307 REACCIONES PARASITAS EN EL ANODO Fe2+ Fe3+ + e- Mn2+ + 4H2O MnO4- + 8H+ + 5e2Cl- Cl2 + 2e- Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 308 ANODOS… Los ánodos utilizados en el proceso de electroobtencion son del tipo inatacables, es decir no debieran disolverse. Históricamente las aleaciones base-plomo han sido la principal oferta de ánodos para los procesos EW y la aleación Pb-Ca-Sn laminada, casi en la única oferta válida del mercado actual. ¿Cuál es la función de los ánodos en el proceso de electroobtención de cobre? Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 309 ANODOS… Existe consenso respecto a los requerimientos que debe tener un material para comportarse como ánodos, que se pueden enumerar en: • Estabilidad química. • Buenas propiedades mecánicas. • Catalítico de la reacción principal. • Buen conductor electrónico. • Menor precio posible. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 310 ANODOS… ANODO ACTUAL EN EW Aleación Pb-Ca-Sn Laminada Niveles: Ca: 0,06 - 0,08% Sn: 1,3 - 1,6% Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 311 LOS CATODOS En la actualidad se utiliza mayoritariamente la tecnología de los cátodos permanentes. Estos cátodos permanentes son comúnmente de acero inoxidable. El cátodo permanente esta compuesto de tres partes básicas: • La placa del electrodo • La barra de suspensión • Las franjas protectoras Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 312 La superficie del cátodo debe presentar ciertas características para que puedan ocurrir las reacciones tanto de reducción de iones cúpricos como parásitas, y para esto la plancha se encuentra recubierta de una delgada capa de óxido de cromo, transparente, muy adherente y conductora electrónica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 313 CATODOS PERMANENTES Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 314 El espesor de la plancha es de 3 – 3,3 mm, y la terminación superficial es estándar 2B, con una rugosidad superficial controlada conforme a normas ISO R1 302. Las dimensiones en general mantienen una configuración de 1*1 m2 con un sobretamaño de 30 – 50 mm con respecto al ánodo, en todas sus aristas. Para el manejo de los electrodos con la grúa en la nave, los cátodos poseen ganchos soldados a la barra de soporte o ventanas simétricas en la parte superior de la plancha. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 315 La barra de suspensión puede ser de cobre o de acero inoxidable de bajo contenido de carbono, soldada a la plancha del electrodo. La soldadura es de punto, de alta resistencia mecánica y no altera la estabilidad dimensional de la plancha. La conductividad eléctrica de la barra de soporte de acero inoxidable se asegura con un recubrimiento electrolítico de 2,5 mm de espesor de cobre de alta pureza. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 316 La función de estas es impedir que el cobre penetre y se deposite en los bordes del cátodo. Las cubrejuntas son de PVC y se fijan a la plancha con pasadores de plástico. El borde inferior del cátodo se deja libre para el normal despegue del depósito catódico de cobre de cara, formando lo que se denomina un libro. A veces es necesario cubrir la base del electrodo con una cera de alto punto de fusión (90ºC), o simplemente con una cubrejunta igual a las utilizadas en los bordes. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 317 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 318 DESCRIPCION CELDA EO COBRE R e- A V - + Anodo O2 H+ H2O Cu2+ Cátodo Acero Cu Inox. Electrolito CuSO4 + H2SO4 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 319 CELDA DE ELECTROOBTENCION La celda de electrólisis representa la unidad básica industrial donde se desarrolla el proceso, los elementos activos lo conforman los electrodos, siendo el ánodo donde ocurre la oxidación y cátodo donde ocurre la reducción. Los electrodos de una misma polaridad en general están conectados en paralelo a un mismo punto de tensión y las celdas en serie entre ellas. La asociación de varias celdas se denomina sección y las secciones se agrupan en un circuito. El conjunto se denomina Casa Electrolítica o Nave Electrolítica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 320 CELDA DE ELECTROOBTENCION La corriente entra al sistema por el borne positivo de modo que los ánodos son los que ingresan la corriente al sistema, esta corriente pasa a través de la solución y sale por los cátodos para así pasar a la celda vecina y así sucesivamente por todas ellas hasta cerrar el circuito con la última celda en su borne negativo. Desde el punto de vista eléctrico la celda de electrólisis queda definida por la corriente que circula (I) y por la tensión global a los bornes de los electrodos denominada tensión de celda (V). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 321 CELDA DE ELECTROOBTENCION Las celdas de EO de cobre son paralelepípedos rectos que llevan en su interior, alternadamente, ánodos y cátodos. Hay n cátodos y n+1 ánodos en cada celda. ¿Por qué? n típico = 60 (60 cátodos y 61 ánodos) volumen típico = 8 m3 área de electrodo típica = 1m x 1m Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 322 CELDA DE ELECTROOBTENCION El material de que están hechas las celdas es concreto polimérico. Previamente se fabricaban de plomo. El caudal de recirculación del electrolito aproximadamente 10-20 m3/h en EO de Cu. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade es de 323 CELDAS TIPICAS Cathodes Anodes Electrolyte Flow Distribution Manifold Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 324 Cell flow distributor Top capture cathode design Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 325 Manifold TUBERIA DE DISTRIBUCION Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 326 CELDA DE ELECTROOBTENCION Tiempo de residencia () [h] = Vol Q Vol = volumen de la celda, m3 Q = caudal de recirculación del electrólito, m3/h Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 327 CELDA DE ELECTROOBTENCION Tiempo de residencia Para ER de Cu, Vol = 8m3 y Q = 1.0 m3/h Para EO de Cu, Vol = 8m3 y Q = 15 m3/h Luego: (ER) = 8h (E0) 0.5h Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 328 CELDA DE ELECTROOBTENCION Energía (W) La energía necesaria para la electro deposición es: Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 329 CELDA DE ELECTROOBTENCION Consumo Específico de energía El consumo específico de energía es la cantidad de energía (en kWh) requerida para depositar un kg de metal: Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 330 CELDA DE ELECTROOBTENCION Para la EO convencional de Cu, el consumo Específico de energía es de (aprox.) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 331 CELDA DE ELECTROOBTENCION A su vez los ánodos se sacan cada cierto tiempo (3 o 4 meses) para desborrar la celda. cátodos de acero ánodo de plomo Cu + 2 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 332 TECNOLOGIA CONVENCIONAL Cátodos electro-obtenidos Tecnología Convencional Ciclo catódico Lámina inicial (Cu 99.99%) Anodo Electrolito Cu+2 Cu-2 Electrolito Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 333 TECNOLOGIA CATODOS PERMANENTES Cátodos Electro-obtenidos Tecnología Permanente PROCESO KIDD Cátodo permanente (acero inoxidable) Ciclo de cátodo Anodo insoluble PROCESO ISA Electrolito Cu+2 Cu+2 Cu-2 Cu-2 Electrolito Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 334 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 335 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 336 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 337 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 338 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 339 Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 340 VOLTAJE TOTAL POR CELDA Durante el proceso de EW existen caídas de potencial, no solo el voltaje para la descomposición de la reacción. Estos son los siguientes: • Reacción de descomposición (ER). • Sobrepotencial catódico (EC). • Sobrepotencial anódico (EA). • Resistencia ohmmica del electrolito (E Ohm). • Resistencia en los conductores y contactos eléctricos (EK). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 341 Entonces, el potencial total de la celda se puede resumir en: E total = ER + EA + EC + E Ohm + EK Para el cobre el E total está en el rango de 2 – 2,5 (V/celda). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 342 SOBREPOTENCIAL CATODICO Es causado por el gradiente de concentración de iones Cu2+ en la capa límite cercano al cátodo. Su efecto puede ser reducido por agitación del electrolito cerca del cátodo. En el caso del cobre este Sobrepotencial es 0,05 a 0,1 V. A elevadas densidades de corriente hay que considerar el efecto del Sobrepotencial del hidrógeno, debido a su magnitud por efectos cinéticos, lo cual no ocurre en la práctica comercial del cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 343 SOBREPOTENCIAL CATODICO Es causada por la reacción de liberación de oxígeno, asociada con la dificultad de nucleación de las burbujas de oxígeno producidas y de la baja presencia de ácido sulfúrico en la capa límite del ánodo. Este sobrepotencial puede llegar a ser 1 volt. En caso de los ánodos de Pb/Sb, este sobrepotencial es aproximadamente 0,70 a 0,75 volt. Con la adición de 2 g/l de Co2+, este sobrepotencial disminuye a 0,60 a 0,65 volt en el rango de 0 a 400 (A/m2). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 344 RESISTENCIA OHMMICA DEL ELECTROLITO Es la resistencia que opone la solución al paso de la corriente eléctrica. Valores típicos de conductividad de electrolitos de cobre: Soluciones ricas de lixiviación: 0,2 Ohms-1 cm-1 Electrolitos de SX: 0,6 Ohms-1 cm-1 Electrolitos de ER: 0,7 Ohms-1 cm-1 Las diferencias se establecen por las diferentes concentraciones de iones, la concentración de ácido libre y la temperatura. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 345 La resistencia ohmmica también depende de la geometría de la celda, en cuanto al espaciamiento de los electrodos y el área transversal de flujo de la corriente eléctrica. Esto esta dado por: R = r * (l / S) donde: R: resistencia ohmmica total r: resistividad especifica del baño l: espaciamiento entre los electrodos (ánodo – cátodo) S: área del electrodo menor Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 346 Aplicando la ley de Ohm se puede calcular la caída de potencial según este efecto: E Ohm = I * r * (l / S) donde: E Ohm: caída de potencial debido a la resistencia ohmmica I: intensidad de corriente del circuito En un circuito de EW comercial este factor oscila entre 0,15 a 0,5 V, dependiendo de la densidad de corriente. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 347 CAIDA DE POTENCIAL DE LOS CONTACTOS Y CONDUCTORES En la práctica comercial se acepta 0,005 V/ contacto, pero es prácticamente imposible reducirlo de 0,1 V en total, debido a que las barras colgadoras no están apernadas y pueden sufrir sulfatación por los derrames de solución durante las cosechas. De la tabla que se muestra a continuación, se desprende que el sobrepotencial anódico es extremadamente alto, por esta razón se ha intentado reducirlo a través de la adición de especies que ejercen un efecto depolarizador (ej. Cobalto) o el uso de ánodos recubiertos de óxidos que exhiben un menor sobrepotencial de desprendimiento de oxígeno que el óxido de Plomo (ej. RuO2), sin embargo, el alto costo lo prohíbe. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 348 BALANCE DE VOLTAJE Volts % 0,92 45,55 Sobrepotencial Anódico 0,6 29,7 Sobrepotencial Catódico 0,1 4,95 0,3 14,85 Resistencia de los Conductores y Contactos 0,1 4,95 Voltaje total 2,02 100 Voltaje de (reacción) Resistencia solución descomposición ohmmica de la Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 349 8. ROL DE LOS ELECTRODOS, ROL DE ELECTROLITO Y PARAMETROS DE CONTROL DE PROCESOS ELECTROLITICOS Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 350 8.1 CONDICIONES DE OPERACION El electrolito que ingresa a la nave de EW, proveniente de SX, presenta por lo general la siguiente composición química: • Cobre : 40 – 48 g/L • Acido : 140 – 180 g/L • Fe total : 0,5 – 1,5 g/L • Cloruro : 30 ppm • Mn : 30 – 80 ppm Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 351 Además se adicionan aditivos para mejorar el depósito catódico (Guar), como también para disminuir la corrosión anódica (CoSO4*7H2O), los cuales se agregan en las siguientes concentraciones: • Guar : 100 – 300 (g/tonCu) • Sulfato de Cobalto : 100 – 200 (g/tonCu) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 352 Las condiciones de operación en una planta de EW que utiliza la tecnología de cátodos permanentes, son por lo general: • Densidad de corriente : 160 – 300 (A/m2) • Flujo de electrolito a celda : 100 – 150 (L/min) • Distribución de electrolito : convencional o fondo de celda / manifold • Distancia cátodo – cátodo : 90 – 110 mm • Ciclo de depósito : 5 – 7 días • Temperatura : 40 – 48 ºC • Anodos Pb – Ca – Sn laminados : 6 mm de espesor • Cátodos permanentes inoxidable 316L de acero : 3 – 3,3 mm de espesor Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 353 8.2 PARAMETROS OPERACIONALES DE CONTROL DE PROCESO Una operación electrolítica debe acompañarse por el control o conocimiento de cuatro parámetros operacionales que de alguna forma caracterizan al proceso a saber: Producción horaria Rendimiento o eficiencia de corriente Consumo específico de energía Rendimiento energético Los dos primeros parámetros tienen relación con el proceso catódico de electro depositación de cobre, y los dos últimos tienen relación con el comportamiento del conjunto de la celda. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 354 En una electrolisis industrial, los datos de operación son los siguientes: •I : corriente impuesta (A) •U : tensión de celda (V) •t : tiempo de operación (h, d) • Mc : masa depositada (kg, Ton) •S : superficie de electrodo (m2) •V : volumen de solución (m3) •C : concentración electrolito (g/l) •F : flujo a celda (m3/H) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 355 PRODUCCION HORARIA Este parámetro relacionado a la producción cuantifica la capacidad de la planta. Este concepto puede asociarse a un solo tipo de electrodo, para lo cual su unidad será en masa de producto formado por unidad de tiempo y superficie, o relacionada a todo el proceso para lo cual debe mencionarse la masa producida por unidad de tiempo. Por ejemplo: Kg / (·*m2), Ton / día. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 356 EFICIENCIA DE CORRIENTE (c) La eficiencia de corriente es la razón entre el cobre realmente recuperado y el cobre que teóricamente debiera depositarse según la ley de Faraday entonces: M real c ·100 M teórica Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 357 Donde, la masa teórica se calcula a través de la ley de Faraday. Entonces: PM Cu ·I ·t M teórica n·F • PM : Peso molecular (g/mol) •I : Corriente aplicada (A) •F : Constante de Faraday (96485 [C/mol*eq]) •t : Tiempo de operación (seg) •n : Número de electrones en juego Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 358 CONSUMO ESPECIFICA DE ENERGIA ELECTRICA W (KWH / TON) Es la cantidad de energía eléctrica transferida para obtener un Kg (Ton) de producto. U·I·t W (KWH / kg) 1000·M real donde: • U : Tensión a los electrodos (V) •I : Corriente aplicada (A) •t : Tiempo (H) • Mreal : Masa depositada (Kg) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 359 RENDIMIENTO ENERGETICO (PW) Este parámetro representa la razón entre la energía teóricamente requerida (Wth), es decir, que las reacciones que se producen a los electrodos son rápidas y en ausencia total de términos resistivos en las celdas de electrólisis, y la energía realmente consumida (W), en las condiciones particulares de electrólisis. Wth Pw W • Wth : Energía teórica •W : Energía real Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 360 La energía teórica se puede calcular a través de la siguiente expresión: Por lo tanto: E th ·I·t Wth (KWH / kg) 1000·M th E th ·c Pw U Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 361 EFECTO DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE La densidad de corriente controla tres importantes variables en el proceso de EW: • Eficiencia de corriente de la celda • Consumo de energía • Producción Además controla otros parámetros importantes del proceso, la calidad física y química del depósito catódico. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 362 Se ha determinado que a una mayor densidad de corriente disminuye la eficiencia de corriente, principalmente porque favorece el crecimiento dendrítico y la probabilidad de cortocircuitos. Altas densidades permiten también incrementar la sobretensión catódica y se puede reducir el ión hidrógeno generando hidrógeno gaseoso, lo que provoca un depósito polvoriento de pésima adherencia y baja calidad. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 363 Altas densidades de corriente provocan: • Incrementos de voltaje de celda • Mayores costos de energía y más mano de obra para la detección de cortocircuitos • Acelera la cinética del proceso con la consiguiente disminución de equipos, inventario de cobre y mayor producción. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 364 REVISION… + - Anodo Cátodo Cu+2 O2 H2 O Electro Obtención (EO) de cobre Electrólito: CuSO4 – H2SO4 40gpl Cu, 190 gpl ácido Impurezas: Fe (1 glp), Mn, Cl Aditivos: CoSO4, guar Neblina ácida (O2 + H2SO4) icell = 250 – 360 A/m2 Vcell = 2 V Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 365 8.3 PROBLEMAS TECNICOS EN EO DE Cu • Presencia de Fe en electrolito • Presencia de Mn en electrolito • Aditivos • Arrastre de orgánico • Neblina ácida • Corrosión de cátodos permanentes • Corrosión de ánodos de Pb Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 366 PRESENCIA DE FIERRO EN EL ELECTROLITO Incluso las soluciones electrolíticas obtenidas por SX contienen fierro, por la selectividad limitada del reactivo, como por los arrastres físicos de acuoso desde la extracción a la reextracción. Pequeñas concentraciones de fierro son ventajosas para actuar como depolarizadores del ánodo, con lo cual bajan el sobrepotencial anódico. Además, protegen el ánodo de Pb – Sb y de Pb – Ca evitando la formación de óxidos en su superficie. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 367 PRESENCIA DE FE EN EL ELECTROLITO Reducción Fe+3 + e Fe+2 reduce la eficiencia de corriente catódica al utilizar parte de la corriente destinada a depositar cobre. La eficiencia de corriente es: Ncorr = icu Σicat icu icu + ife En Chile: 1glp de Fe en electrólito de EO (0.2 glp de ferroso y 0.8 glp de férrico), lo que produce una eficiencia de corriente catódica de 95 % a icell>300 A/m2. Concentraciones mayores de Fe producen bajas dramáticas en la eficiencia. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 368 PRESENCIA DE MN EN EL ELECTROLITO El Mn existe principalmente como Mn+2 en solución de EO de Cu. Su oxidación en el ánodo puede ser a permanganato (MnO4-) o a bióxido de manganeso (MnO2). EL permanganato origina un aumento del poder oxidante del electrólito (alto Eh). La consecuencia es que el cloruro de se oxida a cloro gaseoso en solución, generando corrosión en la planta. El bióxido de Mn se deposita en el ánodo, generando “cascarilla” de plomo, es decir, contribuyendo a la corrosión de ánodos. Solución: mantener bajo el Mn en solución (10 – 30 ppm) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 369 ADITIVOS Los aditivos utilizados en EO de Cu son CoSo4 y goma guar (un polisacárido soluble en agua compuesto de los azúcares galactosa y manosa) utilizado también en gastronomía; nombre comercial en metalurgia: guartec, guarfloc, etc. • El sulfato de cobalto disminuye la corrección de los ánodos de plomo y también la tensión de celda en alrededor de 100 mV. • La goma guar produce una deposición más homogénea sobre los cátodos (mayor calidad física). Problema: interrupción o disminución de la provisión de aditivos durante la operación. Anodos quedan desprotegidos (mayor corrosión) y menor calidad de depósito (mayor rechazo de cátodos). Solución: controlar cuidadosamente la provisión de aditivos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 370 ARRASTRE DE ORGANICO Desde la operación de SX suele haber arrastre de orgánico al electrolíto de EO. Este orgánico produce problemas de calidad catódica (“quemado de cátodos”). Solución: 1. Utilizar “celdas scavener” (de sacrificio) que reciben el flujo de electrolito proveniente de Sx y concentran el orgánico, limpiando el electrólito. 2. Filtros para separar el arrastre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 371 CORROSION DE CATODOS PERMANENTES Los cátodos permanentes son de acero inoxidable 316 y son atacados por el ión cloruro. El efecto es picadura (pitting) de los cátodos que luego causa adherencia del cátodo de cobre al cátodo permanente (especialmente cerca de la línea de agua), haciendo difícil el despegue y en ocasiones, produciendo la fractura de la hoja de acero. Solución: mantener la concentración de cloruro bajo 20 ppm en el electrólito. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 372 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO El ánodo de Pb-Ca-Sn opera en el rango transpasivo (protegido anódicamente) durante la operación de EO. Esto significa que su velocidad de corrosión es muy pequeña. Al producirse interrupciones de corriente en la planta se ha observado corrosión de ánodos mucho mayor a la normal, acompañada de contaminación de los cátodos con plomo. NO TODAS LAS PLANTAS SUFREN ESTE PROBLEMA. Ej.: Nitrato en el electrólito protege los ánodos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 373 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO Causa: al interrumpirse la corriente, el ánodo deja de estar protegido y sobre su superficie se acoplan espontáneamente (potencial mixto) las reacciones: Pb (ánodo) + SO4= → PbSO4 + 2e PbO2(capa protectora) + 4 H+ + SO4= + 2e → PbSO4 + 2H2O ambas reacciones producen sulfato (sulfatación). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 374 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO Al reanudar la provisión de corriente a las celdas, los ánodos están desprotegidos y se corroen a una velocidad icell (muy alta) hasta que se repasivan. En ese período se produce la contaminación de electrólito con plomo, que luego causa contaminación de cátodos. Solución: utilizar rectificadores de respaldo (a petróleo) durante interrupciones de corriente, de manera que los ánodos estén siempre anódicamente protegidos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 375 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO ¿Cuál es el valor de densidad de corriente de celda que hay que aplicar durante interrupciones de corriente para proteger los ánodos? Hay tres respuestas: • Teoría del "ampere huacho": una corriente de celda muy baja basta. • Productores de ánodos: recomiendan entre 3 y 12 A/m2. • Pruebas de planta: sugieren un valor de 70 A/m2(muy alto, rectificador de respaldo muy caro). Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 376 PROBLEMAS TECNICOS EN EO DE Cu Corrosión del ánodo base Plomo 1)Pb + SO4= – 2e- PbSO4 E = -0.356 (VENH) 2) PbSO4 +2H2O -2e- PbO2 + H2SO4 +2H+ E = 1.68 ( VENH) Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 377 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO Cuantificar la velocidad de corrosión de los ánodos no es tarea fácil, industrialmente se puede hacer a través de medidas indirecta que nos entregan información pero no absoluta y que además se logran después de un largo periodo de experimentación debido a la lentitud del proceso de corrosión, estas medidas pueden ser: • Pérdida en peso de los ánodos a través de pesada directa. • Peso de la borra generada. • Pérdida de espesor del ánodo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 378 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO – BORRA ANODICA Los productos que se forman por descomposición del ánodo, no son estables en el tiempo permaneciendo solo temporalmente sobre el ánodo para después de un cierto tiempo de operación caer al fondo de la celda transformándose en lo que se conoce como borra, su composición es principalmente sulfato de plomo la que constituye la fracción más importante de la capa del ánodo, alrededor del 80%, el resto son óxidos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 379 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO – BORRA ANODICA Las partículas desprendidas desde el ánodo por corrosión y los sólidos suspendidos en el electrolito (coloides y orgánico desde SX) son conocidos como lamas, la cual se acumula en el fondo de la celda de electroobtención. Si las celdas no son limpiadas periódicamente, la capa de borra se incrementa y al circular el electrolito esta borra se levanta y entonces puede contaminar los cátodos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 380 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO – BORRA ANODICA Durante el proceso de caída de la borra al fondo de la celda, es cuando debiera generarse la contaminación más importante de los cátodos por Pb, debido al atrapamiento mecánico de las partículas sólidas en el depósito de cobre y que indudablemente dependerá del tipo de borra formado y de la calidad del depósito. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 381 CORROSION DEL ANODO BASE PLOMO – BORRA ANODICA Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 382 EL PRODUCTO FINAL: CATODOS DE COBRE La etapa final del proceso de EW es la denominada cosecha de cátodos. Su propósito es recoger cátodos en perfecto estado, con una pureza de 99,99% de Cu, los que serán embalados para su depósito a los lugares de embarque. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 383 LOS CATODOS FINALES… Los cátodos también presentan defectos físicos, los cuales se definen a continuación: Plomo: este defecto tiene un claro origen en el desprendimiento de laminillas de plomo provenientes del ánodo del mismo material, ocasionado por el ciclo normal de desprendimiento que experimentan típicamente los ánodos de plomo. El defecto se presenta regularmente incrustado en la zona baja del cátodo y normalmente no supera el 1% del cuerpo. Nódulos Superficiales: defecto que se origina por la incorporación de un material sólido de pequeño tamaño y que es rodeado por el depósito cristalino adoptando la forma de una esfera, al final de cada ciclo catódico. Su ocurrencia es zonificada y tiene asociado una contaminación química por plomo y azufre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 384 LOS CATODOS FINALES… Cortocircuito: sobre depósito localizado en los bordes del cuerpo catódico, generado por la pérdida de simetría entre cátodo y ánodo. Orgánico: presencia de materia orgánica proveniente del circuito de extracción por solventes y atrapada por el cátodo en el borde superior. Estrías: hendiduras en el cuerpo del cátodo, presentadas concordablemente con las líneas de flujo del electrolito y ocasionadas por la evolución de oxígeno desde el ánodo donde se presenta una disolución local de cobre. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 385 LOS CATODOS FINALES… Parche: depósito localizado de cobre sobre un material extraño, conductor generalmente en las esquinas del cuerpo catódico. Su ocurrencia está asociada por lo general a la presencia de plomo. Falta de Depósito: demostración incompleta manifestada en el contorno del cátodo en espesor menor al del cuerpo. Manchas: Coloración ajena al depósito de cobre ocasionada por aceites hidráulicos u otras materias. Quemado: Coloración rojo o café oscuro y/o negra superficial, acompañada de un depósito granular el que puede ser débil o firme, en cuyo caso el gránulo se desprende. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 386 LOS CATODOS FINALES… Doblado: esquinas del cátodo dobladas. Sulfato: presencia de residuos de sulfato de cobre en alguna parte del cuerpo, caracterizado por su coloración blanca, azul claro. Marca Aislador: hendiduras en la zona baja del cátodo, ocasionadas por la presencia del aislador anódico, el cual puede también perforar el cuerpo. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 387 LOS CATODOS FINALES… QUEMADO ORGANICO El quemado orgánico (“organic burn”), es una mezcla de cobre fino y orgánico que se co-deposita en el cátodo. El orgánico arrastrado en el electrolito de avance, permanece en la superficie de la solución y se adhiere a las placas de acero inoxidable en el momento de ser cargadas en la celda. El co– depósito cobre-orgánico es adherente y dificulta el desmontaje del depósito de cobre. En general, el orgánico se remueve del electrolito de avance a la planta de EW en celdas de flotación en columnas o en celdas Jameson y posteriormente se filtra la solución en filtros de sólidos finos. La concentración de orgánico en el electrolito de planta de EW no debe sobrepasar los 30 ppm. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 388 8.4 PRACTICAS OPERACIONALES Actividades que pertenecen a este grupo son: i. Detección y Eliminación de Cortocircuitos, se practica en forma diaria, hay una persona encargada de detectarlos y una cuadrilla compuesta por cuatro personas los eliminan. ii. Desborre, el procedimiento consta de la limpieza de las celdas, la reparación de éstas y la mantención de ánodos, esta última contempla las siguientes tareas: Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 389 • Verticalización • Horizontabilidad • Reposición de Separadores • Lavado con agua a presión • Reposición de Anodo • Limpieza de Contactos • Reparación de Manifold • Cambio y rotación de barra triangular • Factibilidad de instalar filtros en alimentación a celda Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 390 iii. Detener una vez por semana un banco (Flujo y Corriente), decantación y limpieza línea alimentación, actualmente no se realiza periódicamente una vez por semana, sino cuando se presentan problemas en la alimentación celda debido a esta causa. iv. Lavado de Cátodos sobre celda, en estos momentos el lavado se realiza bajo dos escenarios, con agua limpia (a 5 ppm) y con agua recirculada proveniente de la cuba de lavado, este lavado se realiza en forma permanente todos los bancos. v. Lavado de Contactos sobre celda, este lavado se realiza en los bancos de manera permanente, se emplea agua a 5 ppm y se realiza a fin de obtener una mejor conductividad. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 391 El despegado es el proceso que separa el cobre catódico del lingote de acero inoxidable. Se lleva a cabo mediante dos máquinas de despegado de cátodos automatizadas, cada una de las cuales posee un carrusel que consta de siete estaciones de trabajo y una estación de accionamiento. El cátodo depositado y el lingote catódico se hacen circular a través de las siguientes estaciones: • Cargador del carrusel—Carga el cátodo depositado en el carrusel. • Martilleo—Separa el cobre catódico del lingote catódico. • Despegado—Despega el cobre catódico del lingote catódico. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 392 • Separación—Separa el cobre catódico del lingote catódico. • Plegado y Descarga—Pliega el cobre catódico hacia el lingote antes de la descarga. • Rechazo—Retira un lingote catódico de servicio. • Descarga—Transferencia despegados del carrusel. de 45º--Mueve los lingotes • Correa espaciadora de lingotes—Crea un espacio entre los lingotes despegados. • Carro de transferencia—Mueve la carga de lingotes catódicos hacia los rieles de almacenamiento. • Rieles de Almacenamiento—Sostienen la carga de los lingotes catódicos para que la levante la grúa. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 393 SISTEMA DE INSPECCION FISICA DESCRIPCION DE DEFECTOS FISICOS EN CATODOS • Nódulos superficiales • Nódulos internos • Cortocircuitos • Estrías • Orgánico • Falta de depósito • Marca aislador • Manchas, otros Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 394 NODULACION Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 395 NODULACION Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 396 NODULACION Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 397 ESTRIAMIENTO Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 398 DETECCION Y ELIMINACION DE CORTOS CIRCUITOS Debido a los defectos físicos en los ánodos y/o placas madres, los cuales producen cortos circuitos, deben retirarse periódicamente a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica. Además con estos trabajos se está optimizando la distribución de corrientes y la eficiencia de corriente de las celdas electrolíticas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 399 DESBORRE DE CELDAS ELECTROLITICAS Los sedimentos sólidos. Productos principalmente de la corrosión anódica y de partículas provenientes del electrolito que se acumulan en el fondo de las celdas, deben retirarse periódicamente a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 400 PREPARACION DE LINGADAS DE ANODOS Debido a los defectos físicos y químicos en los cátodos, por el desgaste de los ánodos, los cuales bajan la calidad total de la producción, estos ánodos deben ser cambiados periódicamente a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica. Además con estos trabajos se está optimizando la distribución de corrientes y la eficiencia de corriente de las celdas electrolíticas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 401 LAVADO DE LINGADAS CON CATODOS Retirar las impurezas en los cátodos (plomo, azufre), para obtener la máxima calidad de los cátodos. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 402 CAMBIO Y/O REPARACION DE MANINFOLD EN CELDAS ELECTROLITICAS Los sedimentos sólidos que se encuentran suspendidos en exceso en la solución electrolíticas dentro de la celdas son producidos principalmente por una mala distribución de flujos por encontrarse los maninfold en mal estado y/o tapados. Deben retirarse y/o destaparse todos los maninfold que se encuentren en mal estado a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica, al disponer de un flujo muy restringido y/o desigual dentro de las celdas. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 403 LAVADO CONTACTOS DE ELECTRODOS EN CELDAS Debido a las sulfataciones por la neblina ácida que se juntan entre los contactos positivos de los electrodos es muy importante lavar los contactos, para que exista una buena distribución de corriente entre las barras conectoras y la barra del electrodo y así obtener cátodos de buena calidad. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 404 CALIDAD DE CATODOS La calidad de los cátodos electro-obtenidos, está referida al nivel de impurezas máxima permitidas según la Norma L.M.E. (London Metals Exchange). Partiendo de la base que el grado de pureza química de los cátodos condiciona su clasificación y su precio en el mercado internacional, se tiene la siguiente clasificación referida a los dos elementos más importantes: Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 405 La regulación de las impurezas está orientada a eliminar la contaminación ambiental, producto de las emanaciones de gases cuando se manufacturan los subproductos del cobre, también las impurezas influyen sobre las propiedades de los subproductos, haciéndolos a éstos de inferior calidad. Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade 406 FIN Dr. Patricio Navarro Donoso - pnavarro@expo.intercade.org - Consultor Intercade
