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• Omar Sepúlveda Gutiérrez

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Curso: Evaluación de Procesos Mineralúrgicos Departamento de Ingeniería en Minas Facultad de Ingeniería

“Conceptos Generales de Hidrometalurgia de Minerales de Cobre”

Hernán Vives Navarro Abril 2013

Universidad de Santiago

Conceptos Generales Hidrometalurgia: Corresponde a la tecnología usada para extraer o recuperar los componentes valiosos desde materiales primarios y secundarios (óxidos y sulfuros secundarios) mediante reacciones, a temperatura relativamente baja y en una fase acuosa. Etapas General del Proceso:  Disolución del cobre presente en el mineral (Lixiviación).  Concentrar la solución rica en cobre (Extracción por Solventes).  Recuperar el cobre electrolíticamente para obtener placas metálicas de 99,99% de cobre (Electro-obtención).

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Conceptos Generales

¿Qué minerales son sometidos al proceso de hidrometalurgia? R: OXIDOS Y SULFUROS SECUNDARIOS Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Conceptos Generales Minerales de Óxidos de Cobre: Son los minerales que por acción del tiempo (presión, temperatura, agua y bacterias) han cambiado su composición original (Cu-Fe-S) a otras formas mineralógicas mayoritariamente óxidos (Cu-O) y sulfuros secundarios (Cu-S).

Malaquita [CuCO3·Cu(OH)2], Azurita [2CuCO3·Cu(OH)2], Cuprita [Cu2O], Crisocola [CuSiO3·2H2O], Tenorita [CuO], Atacamita [Cu2Cl(OH)3], Antlerita [CuSO4·2Cu(OH)2], Brochantita [CuSO4·3Cu(OH)6].

Malaquita (57,3% Cu)

Azurita (55,1% Cu)

Brochantita (56,2% Cu)

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Atacamita (59,5% Cu)

Conceptos Generales Minerales de Sulfuros Secundarios: Covelina (CuS) Calcosina(Cu2S)

Covelina (66,5% Cu)

Calcosina (79,8% Cu)

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Diagrama de Proceso

Planificación Minera

Planta de Hidrometalurgia

Exploración Geológica

Explotación Minera (Mina)

Óxido

Chancado

Lixiviación

Extracción Por Solventes

Electro Obtención

Cátodos (99,99% Cu) Estéril (Botaderos)

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Diagrama de Proceso

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Diagrama de Proceso

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Componentes del Sistema

Fuente: Google Earth, Minera El Tesoro

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¿Datos requeridos para diseñar una Planta?

? ? ?

PLANTA HIDROMETALÚRGICA

?

Cátodos

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¿Datos requeridos para diseñar una Planta?

Dureza Ley Tipos de minerales

PLANTA HIDROMETALÚRGICA

Densidad

Cátodos

. . Etc

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¿Datos requeridos para diseñar una Planta?

Geológica Física Mineralógica

PLANTA HIDROMETALÚRGICA

Química

Cátodos

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Algunos Datos Relevantes Geología

Mineralización

 Alteración

 Ley de Producto

 Densidad

 Litología

 Asociaciones Mineralógicas

 Dureza

 Recuperación Metalúrgica

 Zonación

 Texturas

 Tipos de Minerales

 Modo de Ocurrencia

 Leyes Impurezas

 Distribución Granulométrica

 Consumo de ácido

 Humedad

 Tamaño óptimo

 Impurezas

 Composición Mineralógica

 Ley elementos solubles/insol.

 Morfología

Química

Física

 Porosidad  Chancabilidad  Abrasividad

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Metalúrgica

Caracterización y Reactividad Cinética de Disolución con Ácido Sulfúrico Cinética Relativa

Tiempo de Referencia

Especies Mineralógica

Muy rápida (a T° ambiente)

Segundos a minutos (disolución completa)

Carbonatos: Malaquita, Azurita Sulfatos: Chalcantita, Brochantita y Antlerita. Cloruro: Atacamita.

Rápida (requiere mayor acidez)

Horas (disolución completa)

Óxidos cúpricos: Tenorita. Silicatos: Crisocola, Dioptasa.

Moderada (requiere oxidante)

Días a semanas (disolución puede ser incompleta)

Cobre Nativo, Óxidos Cuprosos: Cuprita, Delafosita. Algunos silicatos y Óxidos complejos con Mn: Neotocita, Copper Wad, Copper Pitch

Lenta (requiere oxidante)

Semanas a meses (disolución puede ser completa)

Sulfuros Simples: Calcosina, Digenita, Djurleita, Covelina.

Muy lenta (requiere oxidante)

Años (disolución incompleta)

Sulfuros Complejos: Bornita, Calcopirita, Enargita, Tetrahedrita.

Fuente: Domic, E. Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y Aplicaciones

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Caracterización y Reactividad Mineral refractario: Mineral que resiste la acción de disolución de un agente lixiviante (p.e: ácido sulfúrico en el cobre y en la lixiviación por cianuro del oro). Cuándo son refractarios, qué alternativas existen para el procesamiento?. R: Flotación, tostación (oro)

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Caracterización y Reactividad Textura de Oclusión: Cuando el mineral está ocluido queda rodeado por ganga. Esto significa que no es atacada por las soluciones lixiviantes o bien lo es en un grado, que no asegura su completa lixiviación. Se distinguen diferentes grados de oclusión y frecuencias de ocurrencia de estas texturas:

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Caracterización y Reactividad ASOCIACIONES MINERALÓGICAS PARA LIXIVIACIÓN

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Caracterización y Reactividad MINERALOGÍA DE MUESTRA DE CABEZA

(J. Casas)

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Caracterización y Reactividad RECUPERACIÓN METALÚRGICA

(J. Casas)

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Caracterización y Reactividad RECUPERACIÓN METALÚRGICA Recuperación de Cu vs Rlix. Pilas DMH 100

Recuperación de Cu [%]

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Rlix [ m3/ton]

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2,5

3,0

Caracterización y Reactividad RECUPERACIÓN METALÚRGICA

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Aglomeración  El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila de lixiviación. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado (aglomeración).  El proceso de aglomeración consiste en la adhesión de partículas finas a las gruesas, o de finos con finos, mediante la aportación de reactivos líquidos (agua, aglomerantes, ácido), producen aglomerados uniformes, que permiten elevar el rendimiento extractivo del proceso posterior de lixiviación (permeabilidad de la solución lixiviante).

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Aglomeración  La aglomeración se realiza en un cilindro metálico revestido interiormente con neopreno o goma antiácida provisto de levantadores para lograr una más efectiva acción de rodado de la carga, e incluyendo en el centro las tuberías perforadas para el suministro del agua y ácido.

 Las esferas se forman producto de la rotación del tambor y la adición de agua y ácido sulfúrico.  La adición de ácido al tambor, ayuda a que la etapa posterior (lixiviación) sea óptima.

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Aglomeración Tambor Aglomerador

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Aglomeración Parámetros Operacionales y de Diseño (P. Schmidt, 2001)

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Aglomeración Parámetros Típicos de Tambores Industriales

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Aglomeración Modelos empresa ERAL

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Lixiviación  El proceso de lixiviación se aplica principalmente a minerales de cobre oxidados y sulfuros de baja ley.

 El proceso de lixiviación consiste en la disolución química de óxidos de cobre, cuyo producto es una solución que contiene elementos que se desean recuperar.

 La lixiviación disuelve elementos deseados y también algunos no deseados, dejando un residuo insoluble.

 El medio de lixiviación para minerales de cobre es normalmente una solución acuosa de ácido sulfúrico.

Reacción Química:

CuO + H2SO4

Cu2+ SO4 + H2O

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Lixiviación Etapas del Proceso 1. El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila (torta de materiales). En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido.

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Lixiviación • En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor de grandes dimensiones, depositándolo ordenadamente, formando un terraplén continuo: pila de lixiviación.

ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN

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Lixiviación • Sobre esta pila se instala un sistema de riego (goteo o aspersores) que van cubriendo toda el área expuesta. • A través del sistema de riego, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico. Esta solución se infiltra desde la superficie hasta la base de la pila, actuando rápidamente.

ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN

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Lixiviación  El riego de las pilas se mantiene por 45 a 65 días, recuperando, en algunos casos, el 80% del cobre contenido en el mineral.

 El material restante (ripio) es transportado mediante correas a botaderos donde se “podría” reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre (Lixiviación Secundaria).  Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable, sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltra a través del material.

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

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Lixiviación TIPOS DE LIXIVIACIÓN:

 Lixiviación de lechos fijo  In situ  Botaderos  Pilas  Bateas

 Lixiviación de pulpas  Agitación  Autoclave

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Lixiviación TIPOS DE LIXIVIACIÓN: Flotación

Concentrados de óxidos Lixiviación en pilas

Lixiviación en cubas

Solución de lixiviación Lixiviación por agitación Electrolito

Cementación con chatarra de fierro

Extracción por solvente

Electroobtención Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Lixiviación TIPOS DE LIXIVIACIÓN: Lixiviación In Situ. Este tipo de técnica se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas o a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado. Lixiviación en pilas.

 La lixiviación en pila es una lixiviación por percolación del mineral acopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectar las soluciones.

 Se diferencia de la lixiviación en botaderos en que se emplea mineral extraído de la mina o procesado previamente, en vez de materiales de sobrecarga. Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Lixiviación Lixiviación en Botaderos. Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que, debido a sus bajas leyes, no pueden ser tratados por métodos convencionales. Este material es depositado sobre superficies impermeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad. Normalmente son de grandes dimensiones, requiere poca inversión y es económico de operar, pero la recuperación es baja (40-60% Cu) y necesita tiempos largos para extraer todo el metal. Lixiviación por Agitación. La lixiviación por agitación es una lixiviación rápida de partículas finas (normalmente 90% - 75 m) en soluciones concentradas de ácido. La lixiviación por agitación toma de 2 a 5 h.

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Lixiviación • Diseño de la etapa de Lixiviación – Según piso • Renovable, Permanente, Modular

– Según Operación • Dinámica, unitaria

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Lixiviación Parámetros Operacionales y de Diseño en Lixiviación en Pilas (P. Schmidt, 2001)

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Lixiviación Lixiviación Primaria y Secundaria – Radomiro Tomic

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Extracción por Solventes  El objetivo general es capturar selectivamente los iones Cu++ desde una solución de baja concentración impura y liberarlos en una solución de alta acidez, obteniéndose una solución de mayor concentración de cobre con menores impurezas (electrolito).  El proceso SX es altamente selectivo. La solución acuosa es puesta en contacto con un orgánico capaz de extraer desde ella el cobre que contiene.  En un paso siguiente el cobre es reextraído desde el orgánico, obteniéndose una solución de sulfato de cobre de alta pureza Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Extracción por Solventes Etapas del Proceso  Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre (Cu++) en forma selectiva.

 De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviación y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso.  El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución rica en ácido, lo que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solución) mejorando la concentración del cobre en esta solución hasta llegar a valores entre 45 y 50 gpl.  Esta es la solución (electrolito) que se lleva a la planta de electro-obtención.

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Extracción por Solventes PROCESO DE EXTRACCIÓN

Orgánico descargado

Orgánico cargado

Mezclador decantador

Refinado a etapa de Lixiviación

Solución de Lixiviación

Or

Ac

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Extracción por Solventes PROCESO DE REEXTRACCIÓN

Orgánico cargado

Orgánico descargado

Mezclador decantador

Electrolito de alta concentración de cobre a Electroobtención

Electrolito de baja concentración de cobre

Or

Ac

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Extracción por Solventes Reacción Química Reversible (extracción-reextracción) El proceso de extracción por solventes se representa mediante una reacción química reversible en la que se intercambian especies disueltas (iones) desde una fase liquida a otra, inmiscibles, según la ecuación:

(Cu++ )acuosa + 2 (HR)orgánico (CuR2)orgánico + 2 (H+)acuoso

Donde: (Cu++)acuosa: concentración del ion cobre disuelto en la fase acuosa (fase líquida cuya base es el agua). (HR)orgánico: concentración del extractante en la fase orgánica. (CuR2)orgánico: concentración de cobre disuelto en la fase orgánica (solvente + extractante) y que ha sido atrapado por el extractante. (H+)acuoso: concentración de ácido (ácido libre) en la fase acuosa. Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Extracción por Solventes Planta SX de Chuquicamata

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Extracción por Solventes Parámetros Operacionales y de Diseño de una Planta de SX (P. Schmidt, 2001)

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Electroobtención Proceso

 La solución de sulfato de cobre es llevada a las celdas de electro-obtención (estanques rectangulares), que tienen dispuestas en su interior y sumergidas en solución, unas placas metálicas que corresponden a 60 pares de electrodos (ánodo + y cátodo -) conectadas en un circuito por donde pasa corriente continua desde el (+) al (-).

 El cobre en solución (Cu+2) es atraído hacia el polo negativo, pegándose partícula por partícula en forma metálica sobre la superficie del cátodo de acero. CATODO

+ ANODO Pb

Electrolito de alta concentración de cobre

+

ANODO Pb

-

O2 gas

Electrolito Cu+2 H2SO4 H2O

Cu° Cu+2

Cu°

O2 gas

Cu+2

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Electrolito de baja concentración de cobre

Electroobtención  El objetivo es producir cobre de 99,99 % de pureza, a partir del electrolito de sulfato de cobre proveniente de la etapa SX.  consiste en depositar el cobre disuelto en la solución acuosa de sulfato de cobre (electrolito) sobre cátodos, mediante la aplicación de energía eléctrica.

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Electroobtención Producto:

 El proceso dura 7 días y se produce la “cosecha” de cátodos de cobre.

 Se llaman “cátodos” porque se forman sobre la superficie de la placa de acero que actúa de polo negativo o cátodo en la celda electrolítica.

 Los cátodos de cobre son testeados por muestreo para comprobar su contenido de cobre, que debe ser de 99,99%, y mínimas impurezas (menos de 0,01%, principalmente azufre).

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Electroobtención

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Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

Electroobtención

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Electroobtención

Composición Cátodo Grado A (High Grade) (Fuente: LME - BS EN 1978:1998 Copper Cathodes)

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“Conceptos Generales de Hidrometalurgia de Minerales de Cobre”

Hernán Vives Navarro Abril 2013

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