• Author / Uploaded
• Jhoselin

Citation preview

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vicerrectorado Barquisimeto Departamento de Ingeniería Metalúrgica Metalurgia Extractiva II

Barquisimeto, 1 de Julio de 2015.

Introducción

Por hidrometalurgia se entiende los procesos de disolución selectiva de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución. Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos: Primero la disolución del componente deseado presente en la fase sólida, luego la Concentración y/o purificación de la solución obtenida. Y por último la precipitación del metal deseado o sus compuestos. La hidrometalurgia comprende todos los procesos que involucren la vía húmeda para la extracción del metal de una mena, entre ellos están: la lixiviación, la filtración, agitación, precipitación y amalgamación. Más adelante se hablara un poco mas de algunos de estos procesos.

Filtración

Se define como la separación de partículas insolubles o solidas suspendidas de una mezcla de fluidos a través de una membrana que retiene al solido, da como resultado la formación de una capa de partículas solidas sobre la superficie del cuerpo filtrante, una vez formada esta capa, su superficie actúa como medio filtrante, depositándose los sólidos que van aumentando el espesor de la capa, mientras el fluido (ya sea liquido o gas) pasa a través de ella quedando limpio de sólidos. La capa está formada por una serie de partículas de forma irregular, entre las que hay conductos capilares (que definen la porosidad de la capa ∈ ). La circulación del fluido por estos capilares es de tipo laminar. La porosidad es un número sin dimensiones que depende mucho del modo que la capa se ha obtenido y de la forma de las partículas pero para partículas geométricamente semejantes y semejantemente dispuestas, es constante aunque sus dimensiones sean diferentes. Se denomina Superficie Especifica

σ

de una partícula, la relación entre

la Superficie A de esta partícula y su volumen V, y es un numero que tiene por dimensión la inversa de una longitud. σ=

A V

El problema que se plantea en la filtración es: conocido el gasto y la composición de la suspensión a filtras, determinar el filtro a utilizar y el tiempo necesario para la filtración, para ello es necesario establecer la velocidad de filtración que permite utilizar las medidas efectuadas en el laboratorio para resolver este problema. El paso del fluido a través del depósito formado por las capas del solido filtrado, siempre se realiza en régimen laminar.

Tipos de Filtros Se clasifican según el tipo de flujo filtrante en:  

Filtros de Gravedad: Son filtros con medio filtrante intermitentes y para la obtención de filtrado interesante. Filtros de Presión: Son filtros con medio filtrante, intermitentes y en ellos puede aprovecharse la torta y el filtrado, trabajan a sobrepresión o mayor presión del lado de entrada respecto al de salida.



Filtros de Vacio: Son filtros con medio filtrante, continuos y en ellos puede aprovecharse la torta y el filtrado. Trabajan a depresión continua para la eliminación del liquido y a presión en un corto intervalo para el desprendimiento de la torta.



Filtros Centrífugos: Se utilizan principalmente para separación de dos o mas líquidos (emulsiones) o para disoluciones que contengan pocos sólidos. Utiliza fuerza centrifuga como medio de separación.

Los filtros también pueden clasificarse por: 1. Según el Mecanismo de filtración: Encontramos los filtros sin medio filtrante y con medio filtrante. 2. Según su función: existen filtros para la obtención de tortas que sean productos de valor, para la obtención de filtrado clasificado como interesante y que la torta y el filtrado sean productos utilizables. 3. Según el tiempo de trabajo: Encontramos los filtros de trabajo intermitente o continuo.

Agitación 1. Extracción con agitación, discontinua en una etapa y concurrente.

Por ser de una sola etapa consta de un lixiviador y un espesador o sedimentador como se muestra en la figura anterior. La mena y el disolvente se añaden en el lixiviador, en el que se verifica la reacción química que origina la disolución de los sólidos solubles y los sólidos insolubles se mantienen en suspensión en el liquido debido a la agitación con lo cual se obtiene una pulpa que se envía al espesador. En este se consigue una disolución concentrada en el metal que nos interesa, clarificada que rebosa del espesador y los sólidos insolubles se posan en el fondo, formando un lodo, residuo o fango espeso que se evacua por medio de una bomba de diafragma. Este fango lleva como liquido la misma disolución que rebosa, así como una cantidad variable de metal soluble no disuelto por ser englobado por los sólidos insolubles al decantar, por tanto este fango puede pasar a filtración con o sin lavado para reducir el contenido de líquido interesante o a otra extracción en condiciones mas enérgicas (mas acidas). La disolución si no está debidamente clarificada puede también pasar a filtración y a continuación a purificación y precipitación del metal interesante. Este procedimiento se utiliza en la metalurgia del zinc, con obtención de una pulpa neutra o acida. También puede considerarse este sistema como de lavado, por sustitución del disolvente por agua y la mena por fango.

2. Extracción con agitación continúa en una etapa y a contracorriente.

Este procedimiento se utiliza mucho más que el anterior, pero obliga a un mayor control del proceso. Consta de uno o varios lixiviadores en serie y uno o varios espesadores en serie de manera que los sólidos a disolver y los insolubles pasan por la serie, disminuyéndose la mezcla después de cada sedimentación por medio de disolvente menos concentrado, como se muestra en la imagen anterior. La reacción química que tiene lugar en los tres agitadores continuos produce una pulpa, que consiste en una solución concentrada y una cierta cantidad de sólidos insolubles en suspensión debido a la violenta agitación que existe en los mismo. Como se desea recuperar la solución con la mayor cantidad de sólidos solubles y un residuo con solo los insolubles, la pulpa se envía al primer espesador (A) la disolución concentrada clarifica y por rebose se recupera mientras que los sólidos se posan en el fondo de donde se extraen para bombearlos al siguiente espesador (B) en donde se vuelven a convertir en pulpa con la disolución que rebosa del espesador siguiente (C) y la pulpa así formada se espesa nuevamente dando una disolución más concentrada que el rebose de C pero menos que el rebose de A y que se utiliza en la etapa de agitación. Los lodos bombeados de B se vuelven en a transformar en pulpa con disolvente puro y la pulpa así formada se sedimenta formando los lodos o residuos que constituyen el producto final y su rebose que contiene pocos sólidos solubles, va a enriquecerse en ellos en el espesador B. El rendimiento de un sistema continuo a contracorriente depende de: 



De la eliminación de los sólidos posados en cada espesador con la cantidad mínima de liquido, esto es, obtener lodos con la mayor densidad final. De que vuelvan a obtenerse una buena pulpa con la mezcla de los lodos y la disolución en los espesadores, antes de sedimentarlos de nuevo. Debido a que el objetivo perseguido es siempre la recuperación máxima

de la solución y de los sólidos, estando cada uno de estos productos lo menos contaminado posible por el otro.

3. Extracción discontinua con agitación en varias etapas y concurrente.

Consiste en utilizar el residuo de cada etapa como alimentación de la próxima, tratándolo con una cantidad de disolvente nuevo, como que muestra en la figura anterior. A medida que se aumenta el número de etapas y la cantidad de disolvente, aumenta el porcentaje de recuperación, y si se emplea un número suficiente de etapas y la cantidad necesaria de disolvente, se puede eliminar el componente a disolver en grado sumo. Para una cantidad dada de disolvente, la cantidad de disolución obtenida tiene a un limito finito, aun cuando el numero de etapas se haga infinito. Los resultados que se obtienen por este procedimiento varían según las proporciones en que se divide el disolvente total entre las diversas etapas, pero los mejores resultados son para cantidades iguales de disolventes en cada etapa. Para obtener un alto grado de extracción con este método se necesita mucho disolvente. El método puede realizarse intermitentemente con un solo lixiviador y espesador o bien continuamente con una serie de aparatos.

4. Extracción continúa con agitación en varias etapas y a contracorriente.

El disolvente nuevo y el material de alimentación se envía a los terminales opuestos de una serie de etapas de extracción. El Residuo y la disolución pasan continuamente a contracorriente de una etapa a la otra. El disolvente que entra en la etapa n es la disolución de la etapa n+1 y el residuo producido en la etapa n es la alimentación a trata en la etapa n+1 como se muestra en la figura anterior. El numero usual de etapas no pasa de 6. La razón de este procedimiento es que ciertos residuos de las reacciones muestran tales poderes de absorción que la mezcla de los lodos y las disoluciones para rehacer las pulpas no dan como resultado el desplazamiento de las materias solubles, y es la agitación de los lixiviadores y espesadores, por ser prolongada, la que puede poner en libertad estos materiales solubles absorbidos por el componente solido, insoluble. También las ventajas de este método es que las reacciones tienen lugar por etapas, con espesamiento intermedio, efectuándose el cambio de disolución. Con este sistema facilita la rápida separación de la solución a precipitar y los sólidos incompletamente tratados tienen agitación adicional en condiciones minuciosamente controladas. Las ventajas del sistema continuo y a contracorriente pueden ser:  Tangibles: menos mano de obra, menos vapor para el calentamiento, mayor rendimiento de extracción (o lavado), temperatura más elevada en la disolución concentrada, que favorece la filtración, y mayor concentración de material en ella.  Intangibles: menos tanques y menos superficie de ocupación, el funcionamiento eficiente depende menos de la mano de obra, se puede mecanizar, control de proceso muy sencillo, ya que solo se precisa el análisis químico de la disolución concentrada y del residuo final: reducción de pérdidas por solo existir dos únicos puntos de salida.

Precipitación Un precipitado es el sólido que se produce en una disolución por efecto de cristalización o de una reacción química. A este proceso se le llama precipitación. Dicha reacción puede ocurrir cuando una sustancia insoluble se forma en la disolución debido a una reacción química o a que la disolución ha sido sobresaturada por algún compuesto, esto es, que no acepta más soluto y que al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado. La disolución que contiene al metal pasa a precipitación. La obtención del metal, la que puede realizarse por la utilización de precipitantes por la electrolisis, o por modificación de las condiciones físico-químicas del metal disuelto. Los precipitantes tienen gran afinidad por el radical que acompaña al metal en el disolvente, por lo que precipitan al estado metálico al combinarse con el radical o que reducen los iones del metal disuelto y lo hacen pasar al estado metálico, pasando ellos a disolverse al convertirse en iones, entre ellos hay: 

Agentes precipitantes metálicos: Al, Zn, Fe, Ni. A esta precipitación recibe el nombre de cementación. La cementación es el término utilizado en hidrometalurgia para describir la precipitación de un metal de la disolución de sus sales por otro metal que es más electropositivo.



Agentes gaseosos precipitantes:

SO 2

,

SH 2

,hidrocarburos, CO,

H2 . La utilización de precipitantes metálicos está condicionada a la acidez si las disoluciones y al flujo. La cantidad de acido libre en una disolución tiene dos

efectos, si la acidez es alta, el consumo de agente precipitante aumente, si la acidez es demasiado baja, el metal a precipitar lo hace muy lentamente, con bajo rendimiento de recuperación y con peligro de precipitar sales básicas contenidas en la disolución e hidratos del agente precipitante. Si el flujo es lento también es lenta la precipitación y la recuperación es pequeña, debido a que la reacción de cementación tiene lugar preferentemente en la superficie del agente precipitante en contacto con la disolución, por lo que la circulación tiene que ser lo suficientemente rápida para que la disolución fresca este siempre en contacto con el agente precipitando en un tiempo razonable para evitar la parcial o total neutralización de su superficie y el agente precipitante debe tener gran superficie. La precipitación con agentes precipitantes metálicos se divide en dos fases: 



Primera Fase: Ocurre durante la polarización de los electrodos, que son el metal precipitando y el metal precipitado y que origina la precipitación del 75% del metal de la disolución, realizada en un tiempo que es el 25% del utilizado en la precipitación total. Segunda Fase: Ocurre cuando los electrodos están polarizados, precipitando el 25% del metal restante en la disolución en un tiempo que es el 75% del total.

Amalgamación La amalgamación era en principio el tratamiento del oro, plata y aleaciones de oro y plata, de superficies limpias con mercurio líquido, para formar una aleación que por tener propiedades similares a la de este metal se denomina amalgama. El mercurio reviste superficialmente al oro y a la plata cuando forma la aleación. Las partículas amalgamadas se reúnen unas con otras para dar una masa mayor, con el resultado de que se absorben en una masa plástica, que es la amalgama. Si la superficie no está limpie o recubierta de grasa o con óxidos de hierro, teluros o sulfuros, es preciso eliminarlos bien por raspado, desengrase o ataque con acido para que sea posible la amalgamación. Normalmente al oro se le aplica la amalgamación directa y para la plata o aleaciones de oro-plata es preciso la amalgamación indirecta, que consiste en disolver Ag o Au-Ag y posteriormente precipitarlos para que en este estado de pureza se amalgame, esta es una reacción de cambio de fase, que se verifica al poner en contacto una amalgama de un cierto metal, con una solución de otro metal más noble, produciéndose un cambio de metal disuelto en el mercurio por una cantidad estequiometria del metal en la fase acuosa, estas

reacciones transcurren a gran velocidad concluyendo con el agotamiento de uno de los dos metales. La recuperación del metal de la amalgama puede realizarse siguiendo dos caminos distintos: 



Por destilación de la amalgama, aprovechando el bajo punto de ebullición y relativamente bajo calor de vaporización del mercurio, con lo que se obtiene el metal más noble y se recupera al mercurio por condensación: la forma de realizarlo es una volatilización sin modificación química. Por electrolisis de ánodos solubles, formando ánodos con la amalgama del metal más noble que por electrolisis se produce la disolución anódica del metal noble de la amalgama y su deposición en el cátodo.

La amalgamación tiene un inconveniente práctico, para su utilización actual, que es el alto coste debido a las pérdidas de mercurio y el precio de este metal.