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UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL EN MINAS

LABORATORIO N° 2 LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓN

Winston lobos Alvaro calderón Karla Martínez Mauricio Meniconi Ronny Ahumada Profesor: German Cáceres

INDICE

Informe N° 2 Hidrometalurgia: Ensayo lixiviación por agitación RESUMEN............................................................................................................ 3 INTRODUCCIÓN................................................................................................... 4 OBJETIVOS.......................................................................................................... 5 Objetivo General................................................................................................. 5 Objetivos Específicos.......................................................................................... 5 ANTECEDENTES TEÓRICOS................................................................................. 6 Lixiviación por Agitación................................................................................... 6 Fórmulas para los cálculos................................................................................ 8 Fórmula para la recuperación............................................................................ 8 Métodos para calcular recuperación de cobre......................................................8 MATERIALES Y EQUIPOS................................................................................... 10 DESARROLLO EXPERIMENTAL..........................................................................13 1.- Preparación de la Muestra...........................................................................13 2.- Preparación de la Solución..........................................................................13 3.- Procedimiento de la Lixiviación por Agitación..............................................14 4.- Cálculos de los Datos................................................................................. 14 RESULTADOS.................................................................................................... 15 DISCUSIONES.................................................................................................... 17 CONCLUSIÓN.................................................................................................... 18 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 19 ANEXO.............................................................................................................. 20 1-

Cálculos................................................................................................... 20

2-

Imágenes del laboratorio...........................................................................23

3-

Implementos de Seguridad........................................................................24

RESUMEN Pág. 2

Informe N° 2 Hidrometalurgia: Ensayo lixiviación por agitación

En el siguiente ensayo de laboratorio se pone a prueba el método de lixiviación por agitación, para estudiar el comportamiento de la extracción de cobre, en una muestra que contiene 1.2 % de ley de cobre total y 1.1 % de cobre soluble, el volumen de disolución, se preparó con un porcentaje de sólido de 25%. El ensayo consiste en agregar una cierta cantidad de mineral, previamente homogenizado mediante técnicas de cuarteo y chancado a una granulometría óptima para el proceso, donde se obtiene la masa requerida, para el recipiente de agitación del laboratorio (vaso precipitado de 2 litros). Luego se prepara una solución de ácido sulfúrico a una cierta concentración, que vendría a ser la solución lixiviante, la cual es vertida también en el recipiente junto a una cierta cantidad de agua, para luego ser agitada con un movimiento circular, se realizaran mediciones de concentración del Cu, cada cierto tiempo, para cada muestra tomada y así poder realizar curvas cinéticas del tiempo v/s recuperación que nos ayudaran a predecir la eficiencia del proceso mediante el cálculo de los valores óptimos de los parámetros a estimar, los cuales mejoraran el rendimiento de nuestro proceso, todo esto es consecuencia del modelamiento del proceso.

INTRODUCCIÓN

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La hidrometalurgia es un proceso de lixiviación selectiva en disolución de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. La lixiviación por agitación, es una técnica que se utiliza en minerales de leyes muy altas. Para esto es necesario que el mineral provenga muy fino desde la etapa de chancado, para lograr una rápida extracción en la agitación. Cabe destacar que es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y en la lixiviación directa de concentrados de molibdenita para disolver cobre. Algunas de las ventajas que tiene la lixiviación agitada es la alta concentración del elemento a recuperar, sus tiempos de procesamiento son cortos (horas), es un proceso continuo, permite una gran automatización y tiene facilidades de tratar, menas generadoras de finos. Sus desventajas es que tienen un mayor costo de inversión y operación, la inversión requiere tratar menas de alta ley, además necesita etapas de molienda y requiere etapas de separación sólido-liquido (espesamiento y filtración). La agitación puede lograrse en 2 formas estas son mecánicas y neumática, la utilizada en el laboratorio fue la agitación mecánica, la cual es la más utilizada en la industria. Por lo general el sólido tiende a depositarse en el fondo del recipiente, por ello es necesario disponer de algún medio para conseguir mantenerlo en suspensión. En este tipo de agitación se utiliza un recipiente y un dispositivo mecánico para generar turbulencia al sistema. En el dispositivo hay un sistema motor que hace girar, a las revoluciones apropiadas, en un eje cuyo extremo inferior hay un sistema de paletas. Puede haber varios modelos, pero en el caso de la lixiviación no se utilizan más de 2 tipos, estos son de hélice y turbina, el agitador ideal para la lixiviación es el de turbina que presenta la ventaja de un menor consumo de potencia. En el caso de las hélices, para favorecer la agitación se colocan Baffles (álabes) en el interior, generando una mayor turbulencia en la pulpa agitada.

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OBJETIVOS Objetivo General -

Conocer, comprender y aplicar una prueba de lixiviación por agitación a un mineral oxidado de cobre.

Objetivos Específicos -

Definir las condiciones de operación Preparar la muestra de mineral. Determinar la cinética de lixiviación. Determinar el tiempo de lixiviación. Determinar el consumo de ácido.

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ANTECEDENTES TEÓRICOS La Lixiviación es la operación unitaria fundamental de la hidrometalurgia y su objetivo es disolver en forma parcial o total un sólido con el fin de recuperar algunas especies metálicas contenidas en él. Los métodos de lixiviación corresponde a la forma en que se contactan las soluciones lixiviantes con las menas con contenidos metálicos de interés. A continuación se detallara el método y los conceptos utilizados en el ensayo de laboratorio.

Lixiviación por Agitación La lixiviación por agitación es un tipo de lixiviación en la que se agita una pulpa formada por partículas finas y reactivas. Se utiliza para la lixiviación donde se requiere que el mineral este finamente molido (55% 2 mm) que produzca problemas en la agitación (embancamiento, aumento de la potencia del agitador) y que por otra parte, no contenga un exceso de finos (menos de 40% < 75 micrones), que dificulten la separación sólido-líquido posterior de la pulpa lixiviada. Debido a lo anterior, y además, para disminuir los consumos de energía por concepto de molienda y los costos de filtración y decantación, la agitación se deberá tratar de realizarla al mayor tamaño que la operación lo permita Chancado: El principal propósito del chancado es efectuar las reducciones de tamaño necesarias, hasta obtener un producto de una granulometría adecuada que permita el desarrollo de la lixiviación en pilas o depósitos en forma eficiente. La reducción de tamaño se aplica a materiales de distintos tamaños, que van desde unos centímetros a un metro. Cada etapa se subdivide, a su vez, en dos o tres sub-etapas (chancado primario, chancado secundario, etc.) estableciéndose

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circuitos completos, cuyo objetivo se resume en obtener un producto de granulometría uniforme, con una producción mínima de finos. Tamizar: Es la operación donde el material es separado en base a su tamaño y es una de las más antiguas operaciones unitarias utilizadas en la industria. Idealmente las partículas mayores que las aberturas son retenidas sobre la superficie mientras que las partículas menores pasan a través de las aberturas. Mineralogía del Mineral: El tamaño y la disposición de la especie valiosa influye el grado de molienda necesario para exponer esta especie a la solución lixiviante. La arcillas son una familia de minerales, aluminosilicatos, existen en todos las menas y producen partículas muy finas. La presencia de muchas arcillas puede impedir una buena filtración del relave. Además, el mineral a lixiviar debe tener una baja porosidad Velocidad de agitación: debe ser lo suficiente alta para mantener los sólidos en suspensión, para que no decanten. Una velocidad de agitación alta tiende a favorecer la cinética de la reacción, pero tiene un costo energético apreciable. Favorece también la disolución de gases en la solución. Existen varios diseños de agitadores.

Fórmulas para los cálculos %Solido=

Solido ∗100 Solido+ Liquido

Fino Cu S=

Ley Cu S ( )∗Peso mineral ( g ) 100

H +¿ g CuS ¿ ¿ +¿=Cons. Ácido ¿ H¿ g

H +¿(g) Solucion ( L ) Conc . Ácido=¿

Fórmula para la recuperación Pág. 8

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Recuperación

R=

Cuextraido ∗100 Cucabeza

Métodos para calcular recuperación de cobre Cucabeza

Cabeza/Solución

Fino CuT =

Fino Cu S=

Ley CuT ( )∗Peso mineral ( g ) 100

Ley Cu S ( )∗Peso mineral ( g ) 100

Cu extraido

Cu extraido=Cu

Recuperación

RCu = T

RCu = S

( gL )∗V (L)

Cuextr ∗100 CuT

Cu extr ∗100 Cu S

Cabeza/Ripio: Peso Ripio=Pureza∗Pesomineral Fino Cu T =

Ley Cu T ( ) ∗Peso 100

Fino Cu S=

Ley Cu S ( ) ∗Peso 100

RCu =

Cu T −CuT Ripio ∗100 CuT

RCu =

Cu S−CuS Ripio ∗100 Cu S

T

S

Cabeza Calculada:

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( 100a )=V ∗C+ R∗( 100r )

A∗

Dónde: A: Peso de la Muestra (g), a: Ley de la muestra (%). R: Peso del Ripio, r: Ley del ripio (&). V: Volumen (L). C: Concentración (g/L).

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MATERIALES Y EQUIPOS Los principales equipos que se utilizaron fueron: Chancador de Mandíbula: Es desarrollado para uso en pilotaje y laboratorios metalúrgicos o procesos de investigación granulométricos de áridos y/o minerales. Su diseño lo hace fuerte y robusto para las labores que le toca desarrollar. La función en el laboratorio fue dejar la muestra con una granulometría bajo 12#. Imagen 1.

Chancador de Rodillo: Es un chancador robusto, con rodillos de acero manganeso, montados sobre rodamientos tipo monoblock, incluye correas de transmisión, protecciones, capacho de recepción de muestra y caja inferior extraíbles, con ajuste mecánico. Lleva placas en acero T1 por los laterales de la zona de chancado, la velocidad de régimen del equipo es entre 237 y 260 rpm. Imagen 2.

Chancador de Cono: Es un chancador robusto fabricado en acero ASTM A37, que incorpora una base de soporte, y capachos de recepción de la muestra y una entrada en forma de cono. Todas las partes motrices van protegidas e incluye un motor y correas.

Imagen 3.

Pulverizador de Anillos:

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Es un equipo diseñado para trabajo continuo en condiciones extremas, posee una caja de comandos lateral que permite una fácil operación. Tiene una capacidad teórica de molienda del 95% de producto bajo 75 micras, en un proceso de 2 a minutos, dependiendo de las características del material, posee un sistema de sello de olla mediante aire comprimido, requiere conexión a compresor.

3

I magen 4.

Cuarteador de Rifle: Es un cortador de la muestra inicial en dos submuestras. Existen diferentes separadores entre las hojas de acero, dependiendo de la granulometría de la muestra inicial Imagen 5.

Tamiz: Es un utensilio que se usa para separar las partes finas de las gruesas de algunas cosas, en este caso, de una muestra de mineral, y que está formado por una tela metálica o rejilla tupida que está sujeta a un aro. Imagen 6.

Agitador magnético:

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Es una placa metálica sobre la que se coloca un vaso de precipitados o recipiente de fondo plano que contiene el líquido o la disolución que debe ser agitada. En ella se introduce el imán del agitador, una pequeña barra imantada cubierta de plástico inerte. Un motor eléctrico bajo la placa produce fuerzas magnéticas que ponen en rotación el imán, provocando el movimiento circular del líquido. La velocidad de rotación puede ser controlada.

Vaso de precipitado:

Es un material de laboratorio que se utiliza para contener líquidos o sustancias, para así poder disolverlas, calentarlas, enfriarlas, etc. Se pueden encontrar vasos precipitados de diferentes volúmenes (desde 1ml hasta varios litros), el vaso de precipitado suele usarse en operaciones de laboratorio donde no se necesite la medida exacta del volumen del líquido

Frascos para Muestras: Son frascos plásticos sellados por una tapa roscada, que se utilizan para la toma de muestras de laboratorio de la solución rica del mineral.

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DESARROLLO EXPERIMENTAL Se llevó a cabo una experiencia a nivel de laboratorio de la lixiviación, utilizando el método por agitación mecánica, donde se llevó a cabo una serie de pasos para la preparación de la muestra y para la realización del método.

1.- Preparación de la Muestra. Como primer paso se realizan cálculos para la característica de una pulpa, donde se obtiene la relación del % de sólido, en este caso se ocupó una relación %Solido=1/3=25%. (500 g de mineral y 1.5 L de solución). Teniendo los cálculos, se selecciona inicialmente una muestra de mineral con un peso de 1.58 Kg con una granulometría de ¾”, la cual se sometió a distintos procesos para que cumpliera las condiciones para dicho método, como primer paso, la muestra se pasó por el chancador de mandíbula todo bajo 12#, luego por el chancador de rodillo y seguido por el chancador de cono ( Ver Imagen 1, 2 y 3, Materiales y Equipos), con el propósito de ir reduciendo la granulometría del mineral. Una vez que el mineral se pasara por los equipos correspondientes, se procede a tamizar en un harnero tamizador ( Ver Imagen 6, Materiales y Equipos ), donde parte de la muestra con granulometría mayor al número del tamizador que se utilizó, se debe someter a la maquina pulverizadora de anillos ( Ver Imagen 4, Materiales y Equipos), para reducir la granulometría del mineral a partículas más finas. Una vez que el mineral tenga la granulometría adecuada para el procedimiento se procede a aglomerar en una carpeta de roleo, luego se procede a separar la muestra en un cuarteador de rifle. (Ver Imagen 1, Anexo) Se pesa una de las muestras separadas en la balanza, y se calculan 500 g del mineral para realizar el ensayo de lixiviación por agitación ( Ver Imagen 2, Anexo).

2.- Preparación de la Solución. Realizado la primera parte de la preparación de la muestra, se realizan los cálculos para la solución que se deberá ocupar, en caso de este laboratorio se calculó un volumen de 1.7 L de solución (1673 ml de agua más 27.5 g/L de H2SO4).

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Primero medir 27 mL de ácido sulfúrico en un vaso precipitado. Para preparar el ácido se deben agregar 1000 mL de agua, luego los 27 mL del ácido y posteriormente el resto de agua que quedo (673 mL). Se deben retirar 200 mL de la solución y dejarla en un vaso precipitado, el resto de la solución se debe poner en un vaso precipitado de 2 litros.

3.- Procedimiento de la Lixiviación por Agitación. Una vez preparada la muestra y la solución, se procede a poner el vaso precipitado en un agitador mecánico de laboratorio, he ir agregando los 500 g de la muestra de mineral al vaso que contiene la solución. Y dejar que la muestra se agite durante 2 horas (Ver Imagen 3, Anexo). Se sacan 4 muestras con una pipeta de 50 mL cada 15 min desde la hora en que empezó la agitación de la muestra (Ver Imagen 4, Anexo), y se colocan en un embudo que contiene papel filtro para que pase solo la solución rica a los frascos para muestras (Ver Imagen 5 y 6, Anexo), cada vez que se retira una muestra de 50 mL, se deben agregar a la agitación 15 mL de la solución que se guardó inicialmente (los 200 mL), eso para las primeras tres muestras, una vez tomada las 4 muestras se para la máquina, se retira la solución con la muestra en agitación para dejarla en reposo, donde ocurre una sedimentación del material que quedo en la solución (Ver Imagen 7, Anexo), se procede a dejar limpiar la máquina. Las 4 muestras tomadas se enviaran a un laboratorio externo de la universidad para su posterior análisis químico.

4.- Cálculos de los Datos. Obtenido los resultados del análisis químico de cada muestra, se realizan los cálculos de recuperación para la curva cinética de Tiempo v/s recuperación, así como las leyes calculadas de CuT y CuS.

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RESULTADOS Tabla N°1: “Ley de Cabeza” Cu Total

Ley (%) 1.2

Fino Cu (g) 6

CuSoluble

1.1

5.5

Tabla N° 2: “Recuperación Cabeza/Solución” Tiempo (min)

Cu (g/L)

0 15 30 60 120

0 3.1 3.3 3.4 3.4

Cu Total

Recuperación Cu Soluble (%)

0 77.5 85.2 90.3 93.2

(%)

0 84.5 92.9 98.5 101.6

Tabla N° 3: “Recuperación Cabeza/Ripio” Ley (%)

Fino Cu (g)

Recuperación (%)

Cu Total

0.14

0.67

88.8

Cu Soluble

0.06

0.29

94.7

Tabla N° 4: “Recuperación Cabeza Calculada” Mineral Peso (g) Ley (%)

Ripio Peso (g)

Ley (%)

Cu Total

500

1.2

475

0.14

Cu Soluble

500

1.1

475

0.06

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Tabla N° 5: “Ley de Cabeza” Cu Total ( )

Cu Soluble ( )

1.20 1.25

1.1 1.18

Analizada Calculada Tabla N°6: “Error”

Δ (%) Cu Total

4.17

CuSoluble

7.27

-. De la solución que permaneció en agitación se sacaron 4 muestras, de las cuales se obtuvo el porcentaje de recuperación de Cu T y CuS, con esto se pudo obtener la curva cinética de recuperación v/s tiempo (Ver Figura 1).

Recuperacion v/s Tiempo 120 100 80

Recuperación [%]

60 40 20 0

0

20

40

60

80

100

120

140

Tiempo [min] Recuperacion CuT %

Recuperacion CuS [%]

Figura 1: “Grafico de Recuperación v/s Tiempo”

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DISCUSIONES

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CONCLUSIÓN

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BIBLIOGRAFÍA -. https://es.scribd.com/doc/119622362/Lixiviacion-Por-Agitacion-de-Oxidos-deCobre .- http://www.salasing.cl/web/chancadores/ .- https://www.ecured.cu/Tamiz

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ANEXO 1- Cálculos Peso Mineral Solución Consumo de Ácido

%Solido=

500 (g) 1.5 (L) 7.5 gH2SO4/gCuSoluble

500( g) ∗100=25 500 ( g ) +1500(mL )

Fino Cu S=

1.1 ( )∗500 ( g ) =5.5 g 100( )

H +¿ g Cu S ¿ ¿ +¿=7.5¿ H¿ g

Conc . Ácido=

41.3 ( g ) g =27.5 L 1.5 ( L )

()

Recuperación: Fino Cu T =

1.2 ( )∗500 ( g ) =6.0 g 100( )

Fino Cu S=

1.1 ( )∗500 ( g ) =5.5 g 100( )

1. Balance Cabeza/Solución Cu extraido=3.1

( gL )∗1.5( L ) =4.65 g RCu = T

4.65 g ∗100 ( )=77.5 6.0 g

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RCu = S

Cu extraido=3.3

( gL )∗1.5 ( L )=4.95 g

[

Cu extr .Total =4.95 ( g ) + 0.05 ( g )∗3.1

( gL )]=5.11 g

RCu =

5.11 g ∗100 ( )=85.2 6.0 g

RCu =

5.11 g ∗100 ( )=92.9 5.5 g

T

S

Cu extraido=3.4

( gL )∗1.5 ( L )=5.1 g

[

Cu extr .Total =5.1 ( g ) + 0.05 ( g )∗( 3.1+3.3 )

( gL )]=5.42 g

RCu =

5.42 g ∗100 ( ) =90.3 6.0 g

RCu =

5.42 g ∗100 ( )=98.5 5.5 g

T

S

Cu extraido=3.4

4.65 g ∗100 ( ) =84.5 5.5 g

( gL )∗1.5 ( L )=5.1 g

0.05 ( g )∗( 3.1+3.3+3.4 )

( gL )=5.59 g

Cu extr . Total =5.1(g)+ ¿ RCu = T

5.59 g ∗100 ( )=93.2 6.0 g

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RCu = S

5.59 g ∗100 ( )=101.6 5.5 g

2. Balance Cabeza/Ripio Peso Ripio=

95 ( ) ∗500 ( g )=475 g 100 ( ) Fino CuT =

0.14 ( ) ∗475(g)=0.67 g 100 ( )

Fino CuS=

0.06 ( ) ∗475 ( g ) =0.29 g 100( ) RCu =

6.0 ( g )−0.67( g) ∗100 ( ) =88.8 6.0 ( g)

RCu =

5.5 (g)−0.29( g) ∗100 ( )=94.7 5.5( g)

T

S

3. Balance Cabeza Calculada

( 100a )=V ∗C+ R∗( 100r )

A∗

-

Ley de cabeza calculada CuT

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

A∗

R∗

a 1.2 =¿ 500 ( g )∗ = 6.0 g 100 100

r 0.14 =475 ( g )∗ = 0.67 g 100 100

V∗C + ( Cu i )∗0.05=1.5 ( L )∗3.4

( gL )+( 3.1+ 3.3+3.4)∗0.05=5.59 g Pág. 24

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[ ]

500( g)∗

a=

-

a =5.59 ( g ) +0.67 ( g ) =6.26 g 100

6.26 g ∗100 =1.25 500 g

Ley de cabeza calculada CuS

[ ] [ ]

[ ] ( ) [ ]

A∗

a 1.1 =¿ 500 ( g )∗ =5.5 g 100 100

R∗

r 0.06 =475 g ∗ =0.29 g 100 100

V∗C + ( Cu i )∗0.05=1.5 ( L )∗3.4

( gL )+( 3.1+ 3.3+3.4)∗0.05=5.59 g

[ ]

500( g)∗

a=

-

a =5.59 ( g ) +0.29 ( g )=5.88 g 100

5.88 g ∗100 =1.18 500 g

Error ∆ CuT =

1.25−1.20 ∗100=4.17 1.20

∆ CuS =

1.18−1.1 ∗100=7.27 1.1

2- Imágenes del laboratorio

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Imagen 1: “Cuarteador de Rifle”

Imagen 2: “Peso de la Muestra”

Imagen 3: “Agitación de la Muestra” Imagen 4: “Obtener Muestras”

Imagen 5: “Depositando Muestra” Imagen 6: “Solución Rica”

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Imagen 7: “ Reposo de la muestra”

3- Implementos de Seguridad

Zapatos de seguridad

Guantes

Lentes

Mascara para polvos

Delantal

Protectores Auditivo

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