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HIDROMETALURGIA IMIN 316 – 201920 PROFESOR: DR. GERMAN CACERES ARENAS EJERCICIOS PARA SOLEMNE 1 U1: Fundamentos U2: Lixiviación U3: Práctica de la lixiviación U4: Separación sólido/líquido U5: Purificación y concentración de soluciones

1. Describa y explique brevemente el sistema de lixiviación en pilas de cobre.

2. Mencione y explique con un ejemplo los 3 tipos de purificación y/o concentración de soluciones estudiadas a la fecha.

3. Para la eliminación y control del hierro en la hidrometalurgia del cobre se utilizan básicamente 3 procesos. Explique y escriba las reacciones químicas correspondientes a cada proceso.

4. Para recuperar el cobre contenido en las soluciones ácidas de lixiviación de minerales oxidados de cobre, en la pequeña minería, se utiliza chatarra de hierro, la que se pone en contacto con la solución en un tambor rotatorio o en un estanque fijo. Escriba las reacciones de este proceso y explique el rol del pH de la solución.

5. Un precipitado de la hidrometalurgia del oro y plata contiene oro, plata y mercurio, todos al estado metálico. Se lixivia este precipitado con ácido nítrico concentrado. El oro no se disuelve (no se ataca), la plata y el mercurio pasan a la solución. Se filtra la solución de lixiviación y luego de recupera la plata agregando cloruro de sodio. Escriba las reacciones de lixiviación y recuperación de plata.

INGENIERIA CIVIL EN MINAS HIDROMETALURGIA IMIN 316 PROFESOR: GERMAN CACEREA EXAMEN - 28/11/2017 Las figuras siguientes muestran el diagrama potencial – pH del Cu y Fe.

Eh (Volts) 2.0

Cu - H2O - System at 25.00 C

1.5 1.0 Cu(+2a) CuO

0.5 Cu2O Cu

0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 0

2

4

6

8

10

12

C:\HSC6\EpH\Cu25.iep

14 pH

ELEMENTS Cu

Molality 1.000E+00

Eh (Volts) 2.0

Pressure 1.000E+00

Fe - H2O - System at 25.00 C

1.5 1.0 Fe+3 Fe(OH)3

0.5 Fe+2

0.0 Fe(OH)2

-0.5 Fe

-1.0 -1.5 -2.0 0

2

4

6

8

10

C:\HSC6\EpH\FE25.IEP

ELEMENTS Fe

12

14 pH

Molality 1.000E+00

Pressure 1.000E+00

1. a) Escriba las reacciones de lixiviación con ácido sulfúrico del cobre nativo, la cuprita y la tenorita en la pila. b) A partir de la solución PLS obtenida (solución rica) se recupera el cobre por cementación con chatarra de fierro.  Escriba las semi-reacciones y la reacción global de la cementación.  Calcule el consumo estequiométrico de fierro.



Durante este proceso la concentración de fierro aumenta en la solución de lixiviación. Explique en base al diagrama de equilibrios potencial – pH del Fe, cómo se elimina el fierro de estas soluciones.

1. (1,5) Un circuito de lavado en contra corriente de una planta de lixiviación por agitación de minerales de oro que trata 1.000 t/d de mineral consta de 4 espesadores. Considere:  % de sólido a la descarga de cada espesador: 55 %.  La razón de lavado: 2,5. a) Haga un diagrama de flujo de la etapa de lavado en contra corriente b) Deduzca las expresiones matemáticas para el cálculo de las concentraciones en la descarga de cada espesador. c) Considere C0 = 2 ppm Au y C4 = 0,1 ppm Au, calcule la eficiencia de lavado. 2. (1,5) Dados los potenciales estándar de los siguientes sistemas : E0 (volt)

a)

O2/H2O

1.23

Fe3+/Fe2+

0.77

Cu2+/Cu

0.34

H+/H2

0

Fe2+/Fe

-0.44

Examine, escriba y represente termodinámicamente posibles.

gráficamente

HIDROMETALURGIA IMIN 316 PROFESOR: Germán Cáceres Arenas SOLEMNE 1 – 21/08/2018

todas

las

reacciones

1. La figura siguiente muestra el diagrama Eh-pH del sistema Co-H2O a 25°C y actividad unitaria. En la hoja de respuestas de alternativas Verdadero (V) o Falso (F) responda cada pregunta relacionada con este diagrama. Eh (Volts) 3.0

2.5

Co - H2O - System at 25.00 C

Co(OH)3

Co(+3a)

2.0 1.5 Co3O4

1.0

Co(+2a)

0.5 0.0 Co(OH)2

-0.5 Co

-1.0 -1.5 -2.0 -4

-2

0

2

4

6

8

10

12

C:\HSC6\EpH\Co25.iep

ELEMENTS Co

14

16 pH

Molality 1.000E+00

Pressure 1.000E+00

2. Considere la lixiviación férrica total (Sulfato Férrico, Fe2(SO4)3) de la calcopirita (CuFeS2) en solución acuosa y la regeneración del ion férrico Fe+3 con el oxígeno O2 disuelto en la solución. Responda las preguntas en la hoja de respuestas con V o F. 3. Considere los distintos métodos de lixiviación de minerales de cobre. Responda las preguntas en la hoja de respuestas.

HOJA DE RESPUESTAS NOMBRE:

Pregunta 1

a) El pH de equilibrio Co(OH)3/Co+3 es 1,08

V

F

b) El Eh de equilibrio Co+3/Co+2 es -0,45

V

F

c) El E° de equilibrio Co3O4/Co+2 es 1,64

V

F

d) La pendiente de equilibrio Co3O4/Co+3 es 0,36

V

F

e) El Co+3 es estable en agua

V

F

f) El Co(OH)2 es estable en agua

V

F

a) La calcopirita se oxida a Cu+2, Fe+3 y SO4-2

V

F

b) El Fe+3 se reduce a Fe

V

F

c) El H2O oxida el Fe+2 a Fe+3

V

F

d) Sobre la superficie de la calcopirita se forma azufre S

V

F

a) La lixiviación en pila se aplica a minerales de ley media

V

F

b) La lixiviación por agitación se aplica a minerales de baja ley

V

F

Pregunta 2

Pregunta 3

1. (0,5 ptos.) Mencione y explique los métodos de separación sólido/líquido más utilizados en la minería. 2. (0,5 ptos.) Explique el método de cementación de cobre con chatarra de hierro y escriba las reacciones químicas correspondientes.

HIDROMETALURGIA IMIN 316 Profesor: Dr. Germán Cáceres Arenas SOLEMNE 1 Jueves 15 de septiembre de 2016 1. (2 ptos.) Considere el diagrama de equilibrios potencial – pH del cobre a 25°C y actividad unitaria de las especies disueltas (a=1), adjunto. En base a este diagrama responda las siguientes preguntas: a) Indique a qué equilibrios corresponden las líneas de puntos superior e inferior y escriba las reacciones de equilibrio correspondientes. b) Indique cuáles son las especies de cobre termodinámicamente estables en solución acuosa. c) Dados: Especie 𝜇𝑖0 , 𝑘𝑐𝑎𝑙 Cu+2 15,53 CuO -30,4 H2O -56,7 Calcule el pH de equilibrio CuO/Cu+2 d) Escriba la reacción química de lixiviación del Cu2O con H2SO4 y O2 disuelto en la solución. 2. (1 pto.) Considere la lixiviación de calcosina (Cu2S) con ion férrico (Fe+3), para generar ion cúprico (Cu+2) en solución y covelina secundaria (CuS) sólida porosa que queda adherida a la calcosina que se lixivia, según la reacción química siguiente:

𝐶𝑢2 𝑆 + 𝐹𝑒 +3 → 𝐶𝑢+2 + 𝐶𝑢𝑆 + 𝐹𝑒 +2 a) Equilibre esta reacción b) Dibuje un esquema del mecanismo de la reacción y explique cada una de las etapas de la reacción. 3. (1 pto.) Mencione y explique dos sistemas de lixiviación de minerales. 4. (1 pto.) Indique los objetivos de la aglomeración de minerales previa a la lixiviación. 5. (1 pto.) Un mineral oxidado de cobre tiene una ley de 0,95 % de cobre soluble y un consumo de ácido de 6,5 kg/kg y una recuperación de 60% de cobre en una prueba de lixiviación en columna que duró 6 días. a) Calcule el cobre recuperado. b) Calcule el ácido consumido.

SOLEMNE 1– 24 sept. 2015 1. Termodinámica (4 puntos) Eh-pH del cadmio

Datos: Especie Cd2+ Cd(OH)2 H2O HCdO2-

a) (2) b) (1) c) (1)

° (Kcal/mol) -18,58 -113,13 -56,69 -86,50

Especie 𝜇𝑖0 , 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙 -30,611 𝐶𝑢𝑂

Construya el diagrama potencial –pH del sistema Cd-H2O a 25 °C y actividad unitaria. Indique las especies termodinámicamente estables en solución acuosa. Indique en qué condiciones de pH se puede lixiviar un mineral de Cd(OH)2.

2. Cinética (2 puntos) Considere la lixiviación de calcopirita con sulfato férrico con oxidación total del S a 𝑆𝑂4− , y regeneración del ion férrico (oxidante Fe+3) con oxígeno disuelto en solución (O2). a) (1) Escriba las semi reacciones y la reacción global de la lixiviación y de la regeneración del oxidante. b) (1) Indique en un dibujo y explique las etapas de la reacción

HIDROMETALURGIA IMIN 316 PROFESOR: Dr. Germán Cáceres Arenas SOLEMNE 1 - 03/09/2015 1. (4 puntos) La Fig. muestra un esquema del diagrama potencial – pH del Cu. Con los siguientes datos de potenciales químicos estándar o energías libres estándar, se pide:

𝐶𝑢2 𝑂 𝐶𝑢+2 𝐻2 𝑂

a) b) c) d) e) f)

-35,335 15,545 -56,678

Construir el diagrama Eh-pH del Cu-H2O a actividad unitaria y 25°C. Indicar cuáles son las especies termodinámicamente estables en solución acuosa. Indicar en qué condiciones se lixivia la tenorita y escriba la reacción de lixiviación Indicar en qué condiciones se lixivia la cuprita y escriba la reacción de lixiviación Indicar en qué condiciones se lixivia el cobre nativo y escriba la reacción correspondiente ¿Se pueden lixiviar los minerales oxidados de cobre en medio alcalino?, según este diagrama?

2. Considere la lixiviación de la calcosina con sulfato férrico con formación de una capa porosa de covelina secundaria; y regeneración del ion férrico con oxígeno. a) Escriba las reacciones parciales y globales del proceso b) Dibuje un esquema del modelo cinético de reacción c) Indique las etapas de la reacción

INGENIERIA CIVIL EN MINAS Hidrometalurgia IMIN 316 Profesor: Germán Cáceres Arenas SOLEMNE 1 FECHA: 05/09/2017

1. (3 ptos.) La figura siguiente muestra el diagrama Eh-pH del sistema Pb-H2O a 25°C y actividad unitaria de las especies en solución. Eh (Volts) 2.0

Pb - H2O - System at 25.00 C PbO2

1.5 1.0 0.5 Pb(+2a) PbO

0.0 -0.5 -1.0 Pb

-1.5 -2.0 0

2

4

6

8

10

12

C:\HSC6\EpH\Pb25.iep

ELEMENTS Pb

14 pH

Molality 1.000E+00

Pressure 1.000E+00

a) Indique cuáles son las especies de plomo termodinámicamente estables en solución acuosa. b) Indique a qué corresponden las líneas segmentadas. c) Dados los siguientes potenciales químicos, kcal/mol: PbO -45.086 PbO2 -53.663 Pb(+2a) -5.793 Calcule el pH de redisolución del óxido de plomo (II). d) Los componentes de la batería de plomo son: Polo positivo (+): Pb/PbO2 Polo negativo (-): Pb Electrolito: H2SO4 Durante la descarga de la batería, en el polo (+) el PbO2 pasa a Pb+2; mientras que en el polo (-) el Pb pasa a Pb+2. Escriba: d.1. Las reacciones parciales de la batería d.2. La reacción global de la batería en forma molecular.

2. (2 ptos.) Considere la lixiviación de la calcosina (Cu2S) con ion férrico como oxidante, en dos etapas: Etapa 1: Formación de Cu+2 y covelina secundaria (CuS) Etapa 2: Formación de Cu+2 y azufre elemental (S) a) Escriba la reacción química de la lixiviación en cada etapa b) Dibuje un esquema de reacción e indique las etapas de reacción 3. (1 pto.) Considere un mineral oxidado de cobre con una ley de 9,5 % Cu soluble. Según sus conocimientos de los métodos de lixiviación, ¿qué método recomendaría Ud. para este mineral?, y en qué condiciones de operación lo haría (indicar al menos dos condiciones principales).

HIDROMETALURGIA IMIN316 PROFESOR: GERMAN CACERES ARENAS SOLEMNE 2 – 10/10/2017

3. (0,5 ptos.) Mencione y explique los métodos de separación sólido/líquido más utilizados en la minería.

4. (2 puntos) Un circuito de lavado en contra corriente de una planta de lixiviación por agitación de minerales de oro que trata 1.000 t/d de mineral consta de 4 espesadores. Considere:  % de sólido a la descarga de cada espesador: 55 %.  La razón de lavado: 2,5. d) Haga un diagrama de flujo de la etapa de lavado en contra corriente e) Deduzca las expresiones matemáticas para el cálculo de las concentraciones en la descarga de cada espesador. f) Considere C0 = 2 ppm Au y C4 = 0,1 ppm Au, calcule la eficiencia de lavado 5. (1,0 ptos.) Indique los métodos de eliminación de hierro de las soluciones de lixiviación de cobre y escriba las reacciones químicas correspondientes. 6. (0,5 ptos.) Explique el método de cementación de cobre con chatarra de hierro y escriba las reacciones químicas correspondientes.

7. (2,0 ptos.) Una planta de lixiviación en pilas produce 1.200 t/mes de cátodos de cobre, lixiviando minerales oxidados de cobre con una ley media de Cu soluble de 1,2

% y con una recuperación en las pilas de 80 %, durante 120 días. La altura de las pilas es de 5 m y la densidad aparente del mineral aglomerado es de 1,5 t/m3. Calcule: c.1) La capacidad de tratamiento diario de mineral de la planta en t/d (tonelaje diario). c.2) La superficie total de lixiviación en m2. c.3) Calcule el número de pilas y proponga un layout de la planta de lixiviación.

SOLEMNE 2 RECUPERATIVA IMIN 316 23/11/2015

1. (3 puntos) Un circuito de lavado en contra corriente de una planta de lixiviación por agitación de minerales de oro que trata 1.000 t/d de mineral consta de 4 espesadores. Considere:  % de sólido a la descarga de cada espesador: 55 %.  La razón de lavado: 2,5. g) Haga un diagrama de flujo de la etapa de lavado en contra corriente h) Deduzca las expresiones matemáticas para el cálculo de las concentraciones en la descarga de cada espesador. i) Considere C0 = 2 ppm Au y C4 = 0,1 ppm Au, calcule la eficiencia de lavado.

2. Lixiviación en pilas de minerales de cobre (3 puntos) a) (0,5) Menciones 3 especies de minerales oxidados de cobre que se lixivian en pilas y escriba su reacción de lixiviación con ácido sulfúrico. b) (1,0) Mencione y explique 5 variables de operación de pilas de lixiviación e indique en cada caso su rango de operación. c) (1,5) Una planta de lixiviación en pilas produce 1.200 t/mes de cátodos de cobre, lixiviando minerales oxidados de cobre con una ley media de Cu soluble de 1,2 % y con una recuperación en las pilas de 80 %, durante 120 días. La altura de las pilas es de 5 m y la densidad aparente del mineral aglomerado es de 1,5 t/m3. Calcule: c.1) La capacidad de tratamiento diario de mineral de la planta en t/d (tonelaje diario). c.2) La superficie total de lixiviación en m2. c.3) Calcule el número de pilas y proponga un layout de la planta de lixiviación.