• Author / Uploaded
• Eder Rys

Citation preview

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Lixiviación Ácida De Mineral De Cobre. Hidalgo Morales Claudia Karla, Reyes Muñoz Eder Alberto Reséndiz Campos Arely Ximena, Ruelas López César Arturo Resumen― Palabras clave― Lixiviación ácida, mineral oxidado de cobre, Malaquita, concentración lixiviada, tiempo óptimo, extracción, ácido sulfúrico, sulfato de cobre (CuSO4), colorimetría. I.

INTRODUCCIÓN

Los procesos hidrometalúrgicos para la disolución (lixiviación) de cobre se utilizan sobre todo en minerales que contienen óxidos de cobre, de baja ley y/o complejos, y en menor escala o para tratar concentrados de sulfuros. Los minerales de óxidos de cobre pueden lixiviarse por diversos métodos (in situ en las minas, en terreros, en montones, o en tanques) dado que el cobre pasa fácilmente a la solución. Los reactivos lixiviantes más utilizados son ácidos diluidos (sulfúrico principalmente, Clorhídrico y nítrico ocasionalmente), o bien soluciones alcalinas amoniacales de carbonato de amonio. Cuando se utiliza un ácido diluido la reacción química que ocurre durante el proceso de lixiviación de malaquita es (por ejemplo para ácido sulfúrico): Cu2(OH)2CO3(s)+2H2SO4(acu)

2CuSO4 (acu) + CO2

(g)

+ 3H2O

(L)

Para estudiar el avance de esta reacción química en el laboratorio, es necesario estimar las concentraciones de las diferentes especies. La concentración de Cu 2+ en una disolución acuosa puede determinarse mediante la comparación colorimétrica.

II.

PRIMERA PARTE 0. Separar una muestra de aproximadamente 5 gramos de mineral y enviarla al MEB para su cuantificación por Rayos X y fotografía. 1. Observar al microscopio las partículas que pueden contener Cu presentes en el mineral. 2. Preparar una solución de ácido sulfúrico que contenga 50 g/L. 3. Transferir 100 mL de la solución lixiviante al vaso de reacción. 4. Adicionar cuidadosamente 10 g de mineral de Cu al frasco vial. 5. Homogeneizar la solución, durante 30 minutos agitando eventualmente y observar cuidadosamente el experimento para determinar las condiciones para la cuantificación del proceso de lixiviación. 6. Separar el sólido y observarlo al microscopio.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

1

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

1. Observar al microscopio las partículas que contenían Cu presentes en el mineral. Comparar con la muestra original y dar conclusiones. 2. Tomar muestras del licor de lixiviación en los tiempos definidos a partir de la experimentación de la etapa anterior. 3. Cuantificar el cobre contenido en las muestras de licor de lixiviación por comparación directa con las soluciones de concentraciones conocidas de cobre. 4.- Tomar dos muestras de 1ml cada una, aforar a 50 ml y enviar ambas muestras para la determinación de Cu y Fe por Absorción atómica. 5.- Comparar los resultados obtenidos entre el colorímetro óptico y absorción atómica para cobre y determinar la precisión del colorímetro. Equipo, material y reactivos • • • • • • • • • • • • • • •

6 Frascos viales de 30 mL. 5 Embudos para filtración. 1 soporte universal. 1 soporte para embudos. 1 espátula. 1 vidrio de reloj. 1 pipeta graduada de 5 mL. 1 pipeta graduada de 10 mL. 10 tubos de ensaye. 1 matraz erlenmeyer de 500 mL. 1 pro pipeta. Papel filtro. Solución de H2SO4. Mineral. Microscopio menagráfico.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Primera parte.

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

1. ¿Qué se observa durante la reacción entre la solución lixiviante y el mineral? Se produce una reacción de forma burbujeante producto de la reacción entre el mineral y el ácido de la solución lixiviante. 2. ¿A partir de qué momento se presentó la disolución?, ¿fue constante? al momento de tomar la muestra en el primer tiempo de 2 minutos ya se presentaba una ligera coloración en el tubo de ensaye, por lo que la disolución se presentó antes de ese tiempo. Conforme aumentó el tiempo la coloración fue haciéndose más fuerte pero sin ser constante. 3. Describa cualitativamente la variación de la concentración de cobre en la solución con respecto al tiempo. La concentración fue haciéndose mayor respecto al tiempo porque la coloración de la disolución era más oscura. Al minuto 2 presentaba un azul verdoso muy pálido, sin embargo a los 25 minutos el azul verdoso era más intenso que incluso podía notarse a simple vista.

4. Si la lixiviación hubiese transcurrido durante 3 horas ¿Cómo cambiarían los resultados obtenidos? La concentración de Cu disuelto hubiese sido mayor, por lo que la disolución hubiera presentado un color azul intenso al término de las 3 horas ya que se habría dejado reaccionar todo el ácido de la disolución con la malaquita del mineral y esta le haría cambiar

2

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

5. Discutir el efecto que tiene sobre la lixiviación la acidez y la agitación.

4

Fe [ppm]

La agitación de igual forma influye en la tasa de recuperación ya que este factor provoca que el ácido penetre en los poros de las partículas en disolución y reaccione de manera más eficaz

5

3

pH=0.5

2

pH=2

1

pH=1

0 0

50

100

Tiempo [min]

Cu [ppm]

La acidez es importante ya que a más acidez mayor recuperación de producto sin embargo en la industria no se emplean soluciones muy ácidas debido al mayor gasto de insumos que hacen que el proceso no sea económicamente rentable. AGRADECIMIENTOS. Agradecimiento a Gustavo, ayudante de la materia del laboratorio de hidrometalurgia por la aclaración de dudas en el transcurso de las sesiones experimentales. 8 7 6 5 4 3 2 1 0

REFERENCIAS. La recuperación de cobre mediante lixiviación-extracción con disolventes electrólisis: hacia siglo XXI. http://revistademetalurgia.revistas.csic.es/i ndex.php/revistademetalurgia/article/viewFi le/818/829 (fecha de consulta: 30/10/2018). • F. R Morral. Metalurgia general, tomo 1. Ed: Reverté S. A. Barcelona 1990.

pH=0.5 pH=2 pH=1 0

50

100

Tiempo [min]

Lixiviación ácida de un concentrado de Cu (calcopirita) con ácido clorhídrico y cloruro férrico (HCl y FeCl3). Hidalgo Morales Claudia Karla, Reyes Muñoz Eder Alberto Reséndiz Campos Arely Ximena, Ruelas López César Arturo Resumen― En el presente trabajo se muestran los resultados cualitativos y cuantitativos del estudio de la lixiviación ácida de un mineral carbonato de cobre, Calcopirita, en función de la variación de la concentración lixiviada respecto al tiempo. Se cuantificó de manera aproximada la cantidad de CuSO4 disuelto mediante la técnica de colorimetría.

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

3

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Palabras clave― Lixiviación ácida, mineral oxidado de cobre, calcopirita, concentración lixiviada, tiempo óptimo, extracción, ácido sulfúrico, sulfato de cobre (CuSO4), colorimetría. Objetivos 1. Conocer las diferentes etapas de un proceso de lixiviación y proponer un modelo cinético para la disolución de la calcopirita. 2. Estudiar y observar el efecto de la acidez en la lixiviación. 3. Estudiar el efecto de la temperatura, concentración, tamaño de partícula, velocidad de agitación, presencia de una agente oxidante, etc. sobre la lixiviación de un concentrado de calcopirita 4.-Determinar la etapa limitante de la reacción de disolución y calcular el valor de la energía de activación Ea. Objetivos Caracterización de un mineral de Cobre. Realizar una lixiviación ácida al mineral Calcopirita. Lixiviación ácida de un concentrado de Cu (calcopirita) con ácido sulfúrico (H2SO4). Conocer las diferentes etapas de un proceso de lixiviación y proponer un modelo cinético para la disolución de la calcopirita. Estudiar el efecto de la temperatura, concentración, tamaño de partícula, velocidad de agitación, presencia de una agente oxidante, etc sobre la lixiviación de un concentrado de calcopirita I. INTRODUCCIÓN La Lixiviación o disolución del metal (valor metálico) y la precipitación o recuperación del Modelo de reacción: metal disuelto, constituyen las dos CuFeS2 + 2O2 + 4H2SO4 2CuSO4 + 2FeSO4 operaciones unitarias esenciales de la + 4S° + 4H2O Hidrometalurgia. La lixiviación de concentrados de calcopirita Si la reacción química es la etapa con ácido sulfúrico utilizada en minerales de determinante de la velocidad, la gráfica del cobre de baja ley es un proceso relativamente miembro izquierdo de la ecuación (1) Vs nuevo, el cual envuelve una reacción tiempo dará una expresión lineal. heterogénea entre el solidó CuFeS2 y la solución lixiviante (acuoso H2SO4). [1-(1-∞)1/3] = Ks t (1) Uno de los problemas con los que se encuentra el metalurgista, es la adquisición Modelo de difusión: de datos concernientes a la cinética de los procesos de lixiviación. En forma general, un La reacción de difusión de reactivos acuosos proceso de lixiviación ocurre en tres etapas: puede considerarse como: a) Etapa de la difusión de los reactivos a través del solidó. a Asól + b Bac c Csól + productos solubles b) Etapa de la reacción química en la El paso limitante es la difusión de reactivos superficie del solidó. acuosos a la interfase, o la difusión de c) Etapa de la difusión de productos solubles productos solubles a partir de esta, si la desde la superficie del sólido. gráfica del miembro izquierdo de la ecuación Con base en las condiciones experimentales, (2) Vs tiempo da una relación lineal. uno de estos pasos es el más lento y por tanto es la etapa limitante de la lixiviación.

↔

↔

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

4

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

[ (1- 2/3∞)-(1-∞)2/3 ] =Kd t

(2) In K = In A- Ea/RT

Donde: ∞ = Fracción de partícula mineral que ha reaccionado en un tiempo t. Ks = Constante cinética para el modelo de reacción de superficie. Kd = Constante cinética para el modelo de difusión.

(3)

La ecuación 3 describe la variación de la constante de velocidad con la temperatura. La gráfica de In K vs In 1/T proporciona una relación lineal cuando una misma etapa es la limitante de la velocidad a la temperatura examinada. Un proceso puede cambiar su mecanismo de control químico a bajas temperaturas (Ea alta) a control por difusión a altas temperaturas (Ea baja)

La energía de activación aparente Ea se relaciona con el cambio de entalpía para la etapa determinante, sin embargo, no es suficiente para especificar la etapa lenta en un proceso de lixiviación. Puede ser útil en la interpretación de los datos cinéticos. Un proceso controlado por difusión se caracteriza por ser ligeramente dependiente de la temperatura y proceso controlado por reacción química, es altamente dependiente de la temperatura. La Ea de un proceso controlado por difusión de iones, es menor a 6 Kcal/mol. En el otro caso, la Ea es mayor a 10 Kcal/mol. Así para un proceso cuya Ea cae dentro del intervalo de 6 a 10 Kcal/mol, la distinción de la etapa limitante no es posible. El valor de la energía de activación Ea puede obtenerse del análisis de la ecuación de Arrhenius, escrita en la forma logarítmica:

Procedimiento Experimental Se realizarán los siguientes experimentos: EQUIPO

PRIMERA SESIÓN

SEGUNDA SESIÓN

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

TERCERA SESIÓN

5

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

1

Ácido Sulfúrico 50g/l Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación 4

Ácido Sulfúrico 50g/l Tamaño DIFERENTE Temperatura ambiente Agitación 4

Ácido Clorhídrico 0.1N Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación 4

2

Ácido Sulfúrico 25g/l Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación 4

Ácido Sulfúrico 50g/l Tamaño Estándar Temperatura 60°C Agitación 4

Ácido Clorhídrico 0.1N Cloruro Férrico 0.01N Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación 4

3

Ácido Sulfúrico 50g/l Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación 8

Ácido Sulfúrico 50g/l Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación NEUMÁTICA

Ácido Clorhídrico 0.1N Cloruro Férrico 0.1N Tamaño Estándar Temperatura ambiente Agitación 4

1. Preparar 1L de solución lixiviante de ácido sulfúrico y las indicadas de Ácido Clorhídrico y Cloruro férrico 2 colocar el sistema de lixiviación. 3. Transferir 120 ml de la solución de ácido matraz de reacción. 4. Colocar el refrigerante, el termómetro y el tapón en el matraz y calentar hasta obtener la temperatura de operación deseada, bajo agitación magnética. Tomar un mililitro de solución y un mililitro de solución de H2SO4 al 10%, aforar a 50 mL con agua destilada y numerarla como muestra cero. 5. Adicionar el mineral de calcopirita conservando la relación de % de sólidos en pesos de 10. 6. Tomar muestras de 2 a 5 mL de solución a los tiempos de 1, 3, 5, 7, 15, 23, 30 y 45 minutos, filtrando y colectando en el correspondiente frasco vial, cada una de éstas. Tomar 1 mL de la solución filtrada, transferirlo a un matraz aforado de 100 mL, adicionar 1 mL de H2SO4 al 10% y aforar con agua destilada. Transferir las soluciones a frascos de plástico de 125 mL para el análisis de Cu2+ y Fe2+ en solución por absorción atómica. 7. Filtrar la mezcla resultante, guardar la solución para su uso posterior en las prácticas de extracción por solventes y almacenar el sólido resultante en el recipiente • 1 termómetro. correspondiente. • 1 matraz aforado de 500 mL. • 3 matraces aforados de 100 mL. • 1 pipeta graduada de 5 mL. Equipo, material y reactivos • 1 pipeta graduada de 1 mL. • 1 Recipiente para baño María. • 1 propipeta. • 1 parrilla de calentamiento con agitación • 1 espátula. magnética. • 1 pH-metro. • 1 barra magnética. • Papel filtro. • 1 matraz de 3 bocas de 500 mL. • 3 embudos de filtración. • 3 tapones de Hule. • 1 soporte para embudos. • 1 tapón de hule horadado para sujetar un • 2 soportes universales. termómetro. 30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

6

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

• 30 frascos vial de 30 mL etiquetados de manera clara y sistemática. • 1 Refrigerante. • 1 pizeta. • Mineral de Calcopirita (concentrado de flotación). • Ácido sulfúrico (H2SO4).

• Frascos viales de 50 mL • Embudo para filtración. • 1 espátula. • 1 vidrio de reloj. • tubos de ensaye. • 1 matraz Erlenmeyer de 500 mL. • 1 propipeta. • Solución de H2SO4. • Microscopio

Efecto de la agitación neumática 3.- Graficar % extracción, [1-(1-∞)1/3], [(12/3∞) -(1-∞)2/3] contra tiempo y determinar con las gráficas si el proceso está controlado por la reacción química o difusión. 4.- Graficar In K vs 1/T y determinar el valor de la energía de activación de la reacción. 5.- Discutir los resultados obtenidos y definir la etapa determinante de reacción. 6.- Discutir el efecto que tienen sobre la lixiviación la acidez, la temperatura y la agitación.

• Agua destilada.

Manejo de Resultados 1.- Determinar la concentración de Cu2+ y Fe3+ en cada muestra y determinar la fracción de mineral disuelta para cada muestra. ∞ = [Cu2+]sol /[Cu2+]Tot. o por peso de

muestra. 2.-

Construir

a)

las

gráficas

que

muestren el efecto de las siguientes

b)

Figura 1. Cantidad de mineral, utilizado para la lixiviación a), frasco contenedor del mineral b)

variables en el proceso de lixiviación y tanto para Cu como para Fe: Efecto de la concentración de ácido. Efecto del tamaño de partícula Efecto de la Temperatura Efecto de la velocidad de agitación

Figura 2. Montaje del procedimiento experimental a

Efecto del tipo de ácido Efecto de la concentración de oxidante

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

7

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

T ambiente.

Figura 3. Equipo para medir el pH usado en la práctica.

Figura 4. Frasco contenedor de Ácido sulfúrico

Tablas 1a. y 1b. Resultados absorción atómica para el elemento Cu en ppm, y resultados absorción atómica para el elemento Fe en ppm Equipo 1. Cu [ppm]

10 8 6 4 2 0 0

20

40

60

80

Tiempo [min]

Figura 5. Disolución de cobre

Fe [ppm]

F00

F05

F10

40

60

70 60 50 40 30 20 10 0 0

20

80

Tiempo [min]

Figura 6. Filtración de residuos

.

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

8

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Determinación de energía de activación y mecanismo controlante. Ejemplo de cálculo para la determinación de x. Datos: 𝑚𝑔 𝑝𝑝𝑚 = 𝐿 5 gramos de mineral. Alícuota de 1 ml. 50 ml de aforo. 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = 𝐹𝐷𝑖𝑙 =

𝐴𝑙í𝑐𝑢𝑡𝑜𝑡𝑎 1 𝑚𝑙 1 = = 𝐴𝑓𝑜𝑟𝑜 50 𝑚𝑙 50

𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 = 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑖𝑛𝑖𝑐 ∗ 𝐹𝐷𝑖𝑙 Despejando 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑖𝑛𝑖𝑐 , se obtiene: 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑖𝑛𝑖𝑐 =

𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 𝐹𝐷𝑖𝑙

=

𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 1 50

→ 50 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 = 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑖𝑛𝑖𝑐 ∗ 𝑉𝑜𝑙 = 50 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 ∗ 100 𝑚𝑙 = 5000 𝑚𝑙 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 = 𝑝𝑝𝑚 =

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑎𝑠𝑎 = 5000 𝑚𝑙 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 ∗

𝑚𝑔 1000 𝑚𝑙

1𝑔 5 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 ∗ ( 3 ) 5 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 10 𝑚𝑔 𝑋= = 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 103 𝑔 Ejemplo para condición a Temperatura ambiente y concentración 50 ⁄𝑙 de H2SO4. 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 = 3.1 𝑝𝑝𝑚 𝑋=

5 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 5 ∗ 3.1 = = 0.0031 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 103 5 ∗ 103

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

9

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Tabla 5. Fracciones reaccionadas a partir 𝒈 ambiente y concentración 50 ⁄𝒍 de H2SO4. Tiempo [min] 0 1 3 5 7 10 15 30

del tiempo, en condiciones de Temperatura Cu 0 0.0031 0.0032 0.0033 0.0038 0.0037 0.0039 0.0041

Fe 0 0.0015 0.002 0.0024 0.0029 0.0028 0.003 0.0038

Tabla 6. Fracciones reaccionadas a partir del tiempo, en condiciones a una temperatura de 𝒈 60°C y concentración 50 ⁄𝒍 de H2SO4. Tiempo [min] Cu Fe 0 0 0 1 0.00701 0.00546 3 0.00807 0.00671 5 0.00817 0.00691 7 0.00924 0.00781 10 0.00761 0.00654 15 0.00866 0.00769 30 0.01048 0.00985 Para el modelo de reacción: 1

𝐾𝑠 𝑡 = [1 − (1 − 𝑥)3 ] 1

F (x) = [1 − (1 − 𝑥)3 ] Discusión. Contamos con los datos de la temperatura ambiente (25°C) y 60°C, estos analizaremos datos a temperatura de 25°C. En estas temperaturas notamos un incremento constante de fracción reaccionada en cada una de las especies, siendo las más altas en 30 minutos, logrando un máximo de 0.0105 de fracción reaccionada de Cu y 0.0099 de fracción reaccionada de Fe. Estos últimos se logran en la temperatura más alta, ya que en ese mismo tiempo a 25°C se tiene una fracción reaccionada de 0.0041 de Cu y 0.0038 de Fe. La explicación de esto es que termodinámicamente las temperaturas más altas favorecen la lixiviación de las especies, esto también se vería favorecido en presiones altas. Aunque las reacciones lucen poco significativas sabemos que el proceso de lixiviación es un proceso lento y en ocasiones poco eficiente.

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

10

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Si analizamos por separado las reacciones de acuerdo con la concentración de FeCl2 notamos comportamientos logarítmicos en cada una de las concentraciones del reactivo usado, tiene un incremento considerable al inicio y después se vuelve menos notoria la concentración de Fe y Cu en cada uno de los análisis. Mencionamos que la concentración de mejor eficiencia para el Cu fue de 0.05 mientras que en Fe fue de 0.1. Considerando esto podemos darle preferencia a la extracción de un mineral u otro. Por las velocidades de reacción analizamos que se trata de un mecanismo difusivo.

Bibliografía • C. B Gill. Nonferrous Extractive Metallurgy. 1980. • F. R Morral. Metalurgia general, tomo 1. Ed: Reverte S. A. Barcelona 1990.

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

11

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Extracción por solventes. Equilibrio y cinética. Hidalgo Morales Claudia Karla, Reyes Muñoz Eder Alberto Reséndiz Campos Arely Ximena, Ruelas López César Arturo Resumen― Palabras clave Objetivos Trazar las isotermas de extracción y despojo del sistema Cu-LIX-622.

Tiempo de realización de la práctica: 12 horas

Fundamentación Los procesos de extracción por solventes son utilizados en escala industrial en la extracción y purificación de metales. El metal extraído (loading) puede regresarse o despojarse a la fase acuosa en forma concentrada y purificada (stripping) ajustando las condiciones de la solución para disminuir la solubilidad del metal en la fase orgánica. El proceso de extracción y purificación de cobre de las soluciones de lixiviación se expresa:

Extracción 2 RH org + (Cu2+ + SO42-) ac

↔

R2Cu org

+(2 H+ +SO42-) ac Despojo Las isotermas de extracción (loading) y despojo (stripping) representan situaciones de equilibrio y predicen las condiciones óptimas para dichos procesos. El número de pasos necesarios para alcanzar una separación específica puede ser 30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

determinado por la aplicación de los diagramas de Mc Cabe-Thiele a las curvas experimentales de extracción y despojo. Para obtener las curvas de equilibrio de extracción (loading), el extractante orgánico se adiciona a varias relaciones de volumen, V ac (cte.) /V org, y se mezclan hasta alcanzar el equilibrio. Una vez separadas, las fases son analizadas para determinar el contenido de metal. Los resultados de la fase acuosa se grafican sobre la abscisa y los resultados de la fase orgánica sobre la ordenada. La isoterma de despojo se obtiene de la misma manera, manteniendo el volumen de la fase orgánica (R2Cu) fijo y graficando los resultados de la fase orgánica en las abscisas y los de la fase acuosa en las ordenadas.

Procedimiento Experimental Primera sesión. 1. Preparar 160 mL de solución de Cu2+ 1 g/L a pH 2.2 (o utilizar licor de la lixiviación, medir pH y ajustarlo si es necesario con H2SO4/NaOH). 2. Preparar 125 mL de solución de LIX622/tolueno al 8 % en peso/v. 3. Transferir 30 mL de Solución de Cu2+ de 1 g/L a pH 2.2 a cada embudo de separación y adicionar la fase orgánica a cada uno (60, 30, 15, 7.5, 3.75 mL), tapar y agitar los embudos durante 4 minutos. Separar las fases y colectar la acuosa para medir pH y preparar muestras 1/50 para análisis de Cu2+. Incluir el análisis de la muestra inicial de Cu2+ 1 g/L.

12

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

4. Numerar las muestras como E0, E1, E2, E3, E4 y E5. Segunda sesión. 1. Preparar 200 mL de solución de Cu2+ 8 g/L a pH natural (tomar muestra para análisis). 2. Preparar 200 mL de solución de LIX622/tolueno al 8 % en peso/v. 3. Poner en contacto en un embudo de separación las dos soluciones anteriores por 4 minutos, separar las fases colectando la fase orgánica cargada para el despojo y la fase acuosa para el análisis de Cu2+ y medición de pH. 4. Preparar 200 mL de una solución conteniendo 150 g/L de H2SO4. 5. Transferir 50 mL de la fase orgánica cargada con Cu2+ a cada embudo de separación y agregar solución ácida de 150 g/L a cada uno (100, 50, 25, 10 y 5 mL). Agitar durante 4 minutos, separar las fases y colectar la fase acuosa para análisis de Cu2+. Preparar muestras 1/50 para análisis de Cu2+. Incluir el análisis de la muestra inicial de Cu2+ 1 g/L (D00) y de la fase acuosa residual del cargado de la fase orgánica (D0). 6. Numerar las muestras como D1, D2, D3, D4 y D5.

• • • • • • • • • • • •

1 pipeta volumétrica de 2 mL. 1 pipeta volumétrica de 1 mL. 1 pipeta graduada de 10 mL. 1 soporte universal. 1 soporte para embudos. 1 pH-metro. 1 electrodo combinado para medir pH. CuSO4. 5H2O. H2SO4. LIX-622. Tolueno. Agua destilada.

Resultados

Imagen1. %extracción en función del volumen de orgánico utilizado a los 4 min de agitación.

Tercera sesión. Analizar y discutir los resultados obtenidos durante la experimentación.

Equipo, material y reactivos • • • • • • •

1 5 1 1 1 1 1

embudo de separación de 500 mL. embudos de separación de 125 mL. matraz aforado de 500 mL. matraz aforado de 25 mL. pipeta volumétrica de 25 mL. Pipeta volumétrica de 10 mL. pipeta volumétrica de 5 mL.

30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Imagen2. Isoterma de extracción con las diferentes relaciones de volúmenes trabajadas.

13

LIXIVIACIÓN DE MINERAL DE COBRE

Para la última imagen en donde se grafica el porcentaje de extracción con respecto del tiempo observamos que a volúmenes mayores de orgánico como lo es el de 30 y 60 ml obtenemos el mayor porcentaje de extracción desde tiempos bajos, esto debido a que tenemos mayor cantidad de orgánico libre para atrapar el metal en el acuoso.

Imagen3. Relación del tiempo con la extracción obtenida en cada relación de volúmenes. Análisis de resultados. En el proceso de planta para la extracción de cobre debemos conocer la relación de volúmenes óptima para obtener el mayor porcentaje de extracción de nuestro metal, este análisis es necesario para poder obtener el mejor rendimiento con el menor dinero posible. Para este análisis se construyó la isoterma de extracción en donde podemos observar las concentraciones de acuoso vs la concentración de acuoso, debido a que el análisis de vía húmeda de la fase orgánica es más complicado, esta última se sacó mediante la diferencia de concentraciones una vez conocida la del acuoso. Una vez trazada la isoterma se trazó la gráfica de extracción contra el volumen utilizado de orgánico, estos valores solo se consideraron con 4 minutos de agitación y en donde podemos observar que el porcentaje más alto de extracción está presente a los 10 ml de orgánico con 30 ml de acuoso obteniendo un porcentaje de extracción del 100%. Después de este volumen observamos una pequeña caída donde nuestra extracción decae hasta un 84.5% pero después en la relación 1:1 volvemos a obtener un 100% de extracción por lo que esta caída la asociamos a errores de medición en la concentración. Esto nos dice que desde la relación 10ml orgánico y 30 ml acuoso obtenemos ya la mayor extracción de nuestro electrolito cargado. 30 de agosto 2018. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Bibliografía • A. K. Biswas, Extractive Metallurgy of Copper. Pergamon Press, 1980. • C. B Gill. Nonferrous Extractive Metallurgy. 1980.

14