Introducción ME II.ppt

PROCESOS EXTRACTIVOS II
(HIDROMETALURGIA)
Edwilde Yoplac Castromonte, MSc. en Ing. Metalúrgica.
e-mail: yoextractiva@gmail.com

Ingeniero Metalurgista, Universidad Nacional de Ingeniería
MSc. en Ingeniería Metalúrgica, Universidad de
Concepción, Chile
Estudios de Doctorado en Ingeniería y Ciencias
Ambientales, Universidad Nacional Agraria la Molina.
Profesor Principal a tiempo completo, Universidad Nacional
de Ingeniería.
Decano de la Facultad de Ingeniería Geológica Minera y
Metalúrgica de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Profesor Visitante, Universidad San Luis-Argentina.
Consultora en temas ambientales, Mineralurgia y
Metalurgia Extractiva.
Profesor: Edwilde Yoplac Castromonte

Enseñanza
 Hidrometalurgia.
 Electrometalurgia.
 Diseño de Reactores.
 Mineralurgia.
 Operaciones unitarias en la metalurgia extractiva y
mineralurgia.
 Emisiones Gaseosas y su tratamiento
 Fundición y refinación de Au y Ag.

REGIMEN
X. Nº de horas teoría semanal: 3
Y. Nº de horas Practica Semanal: 1.5
Z. Nº de horas Laboratorio Semanal: 1.5
T. Nº de horas Seminario semanal: 0
U. Nº de créditos del Curso: 4
W. Sistema de Evaluación: E.
a) Prácticas calificadas y de laboratorio: 3 y 3 promedio peso 1
b) Examen: 1parcial a la mitad del Curso peso 1
1 final al final del Curso peso 1.

PRE-REQUISITOS.
Fundamentos metalúrgicos II.
Ciclo que se dicta: 8vo.

OBJETIVOS.
Entregar las nociones fundamentales
de los factores físico-químicos
fundamentalmente de la extracción y
recuperación acuosa de metales y no –
metales de menas, minerales y de
desechos metálicos.

SYLLABUS
 Equilibrio Hidrometalurgico.
 Cinética heterogénea de importancia en
hidrometalurgia.
 Lixiviación de metales, óxidos y sulfuros.
 Purificación de soluciones.
 Producción de metales.
 Tecnología.

TEXTO.
Habashi. F Metalurgia Extractiva, Hidrometalurgia,
Editorial Gordon and Breach, 1976.
BIBLIOGRAFIA.
Wadsworth M.E. Principios de Hidrometalurgia,
Curso Corto.
Habashi. F Metalurgia Extractiva, Principios,
Editorial Gordon and Breach, 1976.

Reglas del Curso
 Se espera un comportamiento adecuado.
 Puntualidad, tolerancia 5 minutos.
 Mostrar cortesía, respeto, y no propiciar el desorden
 No esta permitido el usos de los teléfonos celulares en las clases. Estos
deben permanecer apagados durante las clases en caso contrario, el
alumno (a) se retirará de la clase.
 Deshonestidad académica
 Presentar un trabajo encargado de otros como suyo traerá como
consecuencia que la nota final del curso sea 00.0. En la mayoría de los
casos se iniciará la acción disciplinaria correspondiente.
 Copiar o dejar copiar durante los exámenes (ver acápite anterior).

 Cada estudiante es responsable de conocer todos los
temas dictados en clase, las lecturas y los trabajos
encargados asignados en clases.
 Los trabajos encargados se aceptarán con 1 (un) día de
retraso máximo con una penalidad, después de esta
fecha no se aceptarán.
 Los trabajos encargados en grupo se entregarán con la
firma de los integrantes del grupo en cada página.

La metalurgia extractiva puede ser dividida en
tres grandes campos:
Pirometalurgia.
Hidrometalurgia y
Electrometalurgia.

LA PIROMETALURGIA
Se interesa en el estudio de las
reacciones químicas que ocurren a
elevadas temperaturas (>1000ºC) en la
que no participan soluciones acuosas.

Luego pasa a la etapa de conversión de la matta en cobre el cual toma en dos
etapas distintas :
Primera etapa , soplado de la matta :
Cu2FeS + 3/2 O2 Cu2S + FeO + 2SO2
Matta aire metal blanco escoria
Segunda etapa , soplado de Cobre :
Cu2S + O2 2Cuº + SO2
Metal blanco aire cobre

LA HIDROMETALURGIA, se interesa
en las reacciones químicas que ocurren
a bajas temperaturas (eventualmente a
temperaturas medias con el auxilio de
presiones elevadas) en un medio
predominante acuoso.

LA ELECTROMETALURGIA, estudia las
reacciones en la que es necesario aplicar una
energía externa al sistema (corriente continua) para
que se lleve a cabo la reacción química, esta a la
vez se divide en:
Electro-obtención y
Electro-refinación.
Desde el punto de vista Europeo la
electrometalurgia forma parte de la pirometalurgia y
desde el punto de vista americano esta forma parte
de la hidrometalurgia.

HIDROMETALURGIA
La Hidrometalurgia la podemos dividir en tres grandes
campos:
LIXIVIACIÓN.
La lixiviación es el proceso de disolución de los valores
minerales de una mena o concentrado por una solución
acuosa del agente lixiviante, el cual puede ser extendido
a la disolución de materiales secundarios tal como
chatarras, residuos y desechos.

CuOx (Fe2O3)+ H+  Cu+2 (Fe+3) + H2O

ZnOx(Fe2O3, CuOx, CdOx) + H+  Zn+2(Fe+3, Cu+2, Cd+2) + H2O
2Au + 4NaCN + O2 +2H2O  2Au(CN)-
2 + 2NaOH + H2O2

PURIFICACIÓN DE SOLUCIONES.
Los procesos de lixiviación son raramente selectivos,
consecuentemente las soluciones ricas contienen
impurezas y frecuentemente requiere purificación.
En el caso de la lixiviación de minerales oxidados de
cobre, en la solución rica no solamente va el cobre si
no también Hierro y a la siguiente etapa que es la
recuperación del cobre necesariamente tiene que ir
solamente el cobre en solución y para que ocurra esto
se aplica lo que conocemos como extracción solvente:

La primera etapa es la extracción:
Cu+2(Fe+3) + 2RH  R2Cu + H+(Fe+3)
La segunda etapa es la re-extracción:
R2Cu + H+ Cu+2 + 2RH

Reacción de reducción
RECUPERACIÓN DEL METAL DE LA SOLUCIÓN.
Este campo consiste en aplicar cualquier de las siguientes alternativas:
Electro-obtención.
Cu+2 + e Cu+
Cu+ + e Cuº
O2 + 4H+ + 4e  2H2O Reacción de oxidación

Reducción con gas hidrogeno.
Cu+2 + 2e  Cuº Reacción de reducción
2H+ + 2e  H2 Reacción de oxidación

Obtención de alguna sal del metal que esta
disuelto y purificado.
Tal como por ejemplo:
La obtención de Sulfato de Cobre.
La obtención de Sulfato de Zinc.
La obtención de Oxicloruro de Cobre.
La obtención de Sulfato de Níquel.

VENTAJAS DE LA HIDROMETALURGIA.

Las ventajas de la hidrometalurgia se pueden
sumariar tal como se indica a continuación:
Los metales pueden ser obtenidos
directamente en forma pura de la solución
de lixiviación, por ejemplo: por precipitación
con hidrogeno bajo presión o electrolisis
previa purificación y cementación etc.
Metales de alta pureza pueden ser
recuperados de soluciones de lixiviación
impuras

La ganga silicea en la mena no es afectada por
muchos agentes de lixiviación; en
pirometalurgia la ganga necesita se escoriada.
Los problemas de corrosión son relativamente
bajos en comparación con el deterioro de los
ladrillos refractarios en los hornos y la
necesidad de reemplazar en forma periódica
estos forros.

Muchos procesos hidrometalurgicos son
llevados a cabo a temperatura ambiente y
por lo tanto no se consume cantidades
grandes de combustibles como en la
pirometalurgia.
El manipuleo de productos de lixiviación
es más barato y fácil que manipular matas
fundidas y metales.

El proceso hidrometalurgico es especialmente
necesario para el tratamiento de menas de bajo grado.
Un proceso hidrometalurgico puede empezar a
pequeña escala y expandirse como sea requerido, un
proceso pirometalúrgico usualmente necesita ser
diseñado para una operación en gran escala.
Las plantas hidrometalurgicas usualmente la polución
es menor con respecto a las fundiciones. Este factor
juega un rol importante en el presente debido a las
leyes estrictas sobre polución.

DESVENTAJAS DE LA
HIDROMETALURGIA

Algunas dificultades pueden
presentarse en el tratamiento de
una mena, tales como:
Separación sólido/liquido, por ejemplo
minerales con alto contenido de arcillas.
Impurezas en cantidades bien pequeñas en la
solución de lixiviación que pueden afectar la
Electrodeposición de un metal y por lo tanto
necesita una purificación previa, caso del
cobre, zinc etc.

PRINCIPIOS GENERALES
DE LA LIXIVIACIÓN.

TIPOS DE MINERALES.
En hidrometalurgia el proceso de lixiviación de
un metal de su mena, se realiza a temperaturas
relativamente bajas, debajo de 200ºC. El rate
de reacción puede ser lento y depende de la
naturaleza de la fase que contiene el metal.
Por ejemplo: bajo condiciones oxidantes
acidas, es mucho más rápido disolver el cobre
de la chalcocita (Cu2S) que de la calcopirita
(CuFeS2).

En el caso de la cianuración de oro por ejemplo
la presencia de compuestos como la chalcocita,
covellita, malaquita etc., causa un consumo
excesivo de cianuro de tal manera que lo puede
hacer prohibitivo su aplicación.
Por lo tanto en la lixiviación, la naturaleza de los
minerales presentes es importante, mientras que
en el caso de los concentrados de cobre que se
alimenta a la fundición no lo es.

Para que se lleve a cabo en forma eficiente el
proceso de lixiviación debemos tomar en
cuenta las siguiente proposiciones:
Liberación de los minerales, concentrados
o productos metalúrgicos para recuperar
el elemento valioso. Factores económicos
usualmente deciden el tamaño de
partícula de la mena a ser procesado.
Fácil lixiviación de constituyentes solubles
en una mena o concentrado con un
agente de lixiviación adecuado.

La elección de un agente de
lixiviación depende de muchos
factores:
Las características físicas y químicas del material
a ser lixiviado.
Costo del agente lixiviante y aspectos
ambientales.
Acción corrosiva de los agentes lixiviantes y
consecuentemente los materiales de
construcción.

Selectividad para decidir el constituyente a
ser lixiviado.
Habilidad de ser regenerado, por ejemplo
en la lixiviación de zinc por ácido sulfúrico,
el acido es regenerado durante la
electrolisis.

En cuanto a la selectividad de un agente de
lixiviación para un mineral en particular en una
mena depende de:
Concentración del agente
lixiviante:
En algunos casos, pequeños
incrementos de la disolución
del metal deseado se han
llevado a cabo por incremento
d la de la concentración del
agente lixiviante; si el
incremento en la
concentración es excesivo
puede ocurrir la disolución de
otros elementos (indeseados),
tal como se puede observar en
la siguiente grafica.
R
e
c
u
p
e
r
a
ci
ó
n
concentración
MD/MI

Temperatura:
Algunas veces un incremento en
la temperatura tiene un pequeño
efecto sobre el incremento de la
eficiencia de lixiviación del mineral
deseado, pero también tiene un
marcado efecto sobre el
incremento del nivel de
impurezas, en algunos casos es
necesario enfriar el agente
lixiviante para tener la
temperatura óptima; este es el
caso de la lixiviación de menas de
cobre oxidado de Weed Height en
Nevada, durante el verano, la
solución de lixiviación es circulada
sobre una torre de enfriamiento
para mantener la solución a
29.5ºC, debido a que a mayores
temperaturas se nota un marcado
incremento de impurezas.
R
e
c
u
p
e
r
a
ci
ó
n
Temperatura
MD/MI

Tiempo de Contacto:
Un periodo de contacto
grande entre el agente
lixiviante y la mena,
puede resultar en un
incremento de impurezas
en solución, como por
ejemplo Fe, Al etc.
Asimismo los costos de
operación se incrementan
en forma innecesaria, tal
como se puede observar
en la siguiente grafica:
Determinación de tiempo de Producción de lixiviación 2002
COMARSA
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
Dias de Proceso
Utilidad
Dia/modulo
(US$)

Los siguientes agentes lixiviantes son en
comun usados:
Agua: El agua es usada para lixiviar calcinas como
producto de la tostación Sulfatante, Clorurante etc.,
también en la lixiviación del Re2O7 de los polvos
colectados en el tostado de la molibdenita, tal como se
puede observar en las siguientes reacciones:
WO3 +H2O  WO4
= + 2H+
Re2O7 + H2O  2HReO4 (ácido perrhenico)

Sulfato Férrico: Usado en la lixiviación de
minerales sulfurados, tal como se puede observar
de acuerdo a las siguientes reacciones:
CuS + Fe2(SO4)3  CuSO4 + 2FeSO4 + Sº
El sulfato ferroso generado puede ser oxidado por
el O2 del aire a sulfato férrico pero a un pH <2.

Carbonato de Sodio: Usado para lixiviar menas
de uranio, tal como se observa en la siguiente
reacción:
UO2 +3 Na2CO3 + H2O + ½O2 
Na4[UO2(CO3)3] + 2NaOH

Cloruro de Sodio: Usado para lixiviar Sulfato
de Plomo (anglesita):
PbSO4 + 2NaCl  Na2SO4 + PbCl2
PbCl2 + 2NaCl  Na2[PbCl4]

Cianuro de sodio: Usado para lixiviar menas de
oro y plata:
2Au + 4NaCN + O2 + 2H2O  2Na[Au(CN)2] +
2NaOH + H2O2

Sulfuro de Sodio: Se usa para lixiviar minerales
sulfurado tales como la estibina, formando
sulfuros solubles en agua:
Sb2S3 + 3Na2S  2Na3[SbS3]

Thiosulfato de Sodio: Usado par lixiviar
cloruros de plata producidos por tostado
clorurante de menas que lo contienen:
2AgCl + Na2S2O3  Ag2S2O3 + NaCl
Ag2S2O3 + 2Na2S2O3  Na4[Ag2(S2O3)]

Ácidos
El ácido sulfúrico es el más importante agente
de lixiviación, las menas oxidadas de cobre y de
zinc son fácilmente solubles en ácido sulfúrico
diluido, por ejemplo:
CuCO3.Cu(OH)2 + 2H2SO4  2CuSO4 + CO2 + 3H2O
ZnO + H2SO4  ZnSO4 + H2O
Impurezas tal como el hierro oxidado son disueltos
en pequeñas cantidades:
Fe2O3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3H2O

Bases
• El hidróxido de sodio es usado generalmente
para disolver aluminio de la bauxita
• El Hidróxido de Amonio es disolvente de Cobre
y Níquel.
La lixiviación con bases tiene las siguientes ventajas:
– Los problemas de corrosión son mínimos.
– Es adecuado para el tratamiento de menas con ganga calcárea.
– Tiene mayor selectividad por la no disolución de óxidos de
hierro.

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