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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CURSO: PROCESOS INDUSTRIALES II TEMA: PROCESO DE LIXIVIACION (COBRE)

DOCENTE: ING. ROLARDI VALENCIA BECERRA ALUMNA: AYLLON MENDOZA NATHALIE LAURA MERMA GUZMAN MARIA ALEJANDRA MILLIO LOPEZ ANGELA STEFHANY

AREQUIPA – PERU 2017

1

INDICE 1.

MARCO TEORICO ..................................................................................................... 3

2.

OBJETIVOS ............................................................................................................... 4

3.

INGENIERIA DEL PROCESO .................................................................................... 5

3.1. LIXIVIACIÓN………………………………………….……………………….5 3.2. LIXIVIACIÓN DEL COBRE…………………………………………………11. 3.4. APLICACIÓN INDUSTRIAL………………………………………………….16 3.5. IMPACTO AMBIENTAL………………………………..……………………23

4.

CONCLUSIONES ..................................................................................................... 26

5.

RECOMENDACIONES ............................................................................................. 27

6.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................... 27

2

INDICE DE IMÁGENES Imagen 1: Diagrama de la lixiviación .................................................................... 15

Imagen 2: Proceso de Lixiviación ......................................................................... 15

Imagen 3: Reacciones químicas en la lixiviación ................................................. 16

Imagen 4 .............................................................................................................. 18

Imagen 5 .............................................................................................................. 19

Imagen 6 .............................................................................................................. 20

Imagen 7 .............................................................................................................. 21

Imagen 8 .............................................................................................................. 22

Imagen 9 .............................................................................................................. 22

Imagen 10: Contaminación................................................................................... 25

Imagen 11 ............................................................................................................ 25

Imagen 12 ............................................................................................................ 26

1.

MARCO TEORICO 3

La extracción sólido líquido o lixiviación es una operación para separar los constituyentes solubles de un sólido inerte con un solvente. El proceso completo de extracción suele comprender la recuperación por separado del solvente y del soluto. La extracción sólido-líquido tiene gran importancia en un gran número de procesos industriales. En metalurgia en la extracción de: cobre con ácido sulfúrico, oro con cianuro, etc. Muchos productos orgánicos naturales se separan de sus estructuras originales mediante lixiviación. Por ejemplo el azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente; los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como las de soya y algodón mediante lixiviación con disolventes orgánicos; el tanino se disuelve a partir de raíces y hojas de plantas. El té y el café se preparan mediante técnicas y equipo muy similares a los utilizados en las verdaderas operaciones de lixiviación. Además, los precipitados químicos con frecuencia se lavan de sus aguas madres adheridas mediante técnicas y equipo muy similares a los utilizados en las verdaderas operaciones de lixiviación, como en el lavado de licor de sosa cáustica del carbonato de calcio precipitado después de la reacción entre óxido de calcio y carbonato de sodio.

2.

OBJETIVOS

4

2.1.

OBJETIVO GENERAL 

2.2.

Poder definir los conceptos acerca de la lixiviación.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Identificar en que procesos se aplica la lixiviación y que beneficios se obtienen.



Conocer en que afecta este proceso a la materia en la que se utiliza y al impacto ambiental.

3.

INGENIERIA DEL PROCESO

5

3.1.

LIXIVIACION

3.1.1. Objetivo de la Lixiviación La palabra lixiviación procede del latín “Lixivia” que significa lejía. En Roma esta palabra se usaba para describir los jugos que destilaban las uvas o las aceitunas antes de ser machacadas. Hoy la palabra lixiviación se usa para describir el proceso mediante el cual se lava una sustancia pulverizada con el objetivo de extraer de ella las partes que resulten solubles. Es así, que en minería el término lixiviación se define como un proceso hidro-metalúrgico. Esto significa que, con la ayuda del agua como medio de transporte, se usan químicos específicos para separar los minerales valiosos (y solubles en dichos líquidos) de los no valiosos. Este proceso permite trabajar yacimientos que suelen ser calificados de baja ley (y por tanto de más alto costo de producción por tonelada) siempre que la operación minera involucre una actividad a gran escala. Es decir, que la lixiviación es un proceso de recuperación que hará económico un proyecto conforme se trabajen mayores volúmenes de material.

3.1.2. Descripción del Proceso 6

3.1.2.1. La preparación del material. El material extraído de un yacimiento para su lixiviación inicia su camino de preparación con su fragmentación (chancado y molienda) para obtener dimensiones mucho más pequeñas de lo que antes eran grandes pedazos de rocas (el tamaño final puede alcanzar hasta un tamaño de 30 micras), con el objeto de que el proceso de separación del mineral valioso sea más eficiente y rápido. 3.1.2.2. El transporte de material a la zona de lixiviación Luego del chancado y molienda, el material debe ser llevado y dispuesto adecuadamente sobre el área de lixiviación. Por lo general las operaciones mineras usan para ello volquetes gigantes, aunque en algunos casos se realiza este trabajo mediante fajas transportadoras. 3.1.2.3. Formando pilas Para el adecuado proceso, es necesario que el material molido sea acumulado sobre la membrana impermeable en montículos (pilas) de varias toneladas, formando columnas de ellos de manera ordenada. 3.1.2.4. Bañado o Riego Una vez completadas las pilas de acuerdo a la capacidad de la membrana, se aplica en repetidas oportunidades y lentamente, a modo de riego por goteo o aspersores, una solución especial sobre la superficie del material. Lo solución es la mezcla de químicos disueltos en agua, los cuales varían dependiendo del

7

material que se este trabajando y los productos a obtener (oro, cobre, etc.). La solución líquida tiene la propiedad de disolver el mineral y de esa manera fluir con el líquido hacia el sistema de drenaje. Estos líquidos son transportados mediante las tuberías instaladas hacia una poza. 3.1.2.5. Almacenaje y recuperación Como se dijo líneas arriba, la sustancia obtenida del proceso de riego es transportada hacia pozas construidas y acondicionadas para almacenarlas en tanto se programe su ingreso a la siguiente etapa del proceso (recuperación y concentración). Cabe indicar que al igual que se recupera mineral valioso de la sustancia obtenida, se recupera también el agua involucrada en ella, la misma que se reutiliza en los siguientes procesos de lixiviación, buscando hacer un uso más eficiente de este recursos. De igual forma, el área donde se realiza la lixiviación, es recuperada luego de unos años de uso. Así se procede a restituir la vegetación propia de la zona, cuidando y monitoreando su desempeño.

3.1.2.6. Procesos posteriores

8

Las soluciones líquidas (lixiviadas) pasan por otros procesos para que se separe el líquido de los minerales valiosos. En principio se busca eliminar las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas y que no tienen valor. Posteriormente, la solución enriquecida (la que tiene minerales valiosos) debe pasar por a la etapa de recuperación y concentración, para lo que se usa procesos de precipitación, extracción por solventes–electro obtención (SX-EW)2, entre otros, dependiendo nuevamente del metal sólido que se quiera obtener. Este proceso, confirma que el sector minero hace uso de alta tecnología, requiere de un estricto diseño y planificación de acciones en su camino de alcanzar la eficiencia y rentabilidad, cuidando el ambiente.

3.1.3. Tipos de Lixiviación 3.1.3.1.

Lixiviación In-situ

Aplicación de soluciones directamente sobre el mineral que está ubicado en el yacimiento, sin someterlo a labores de extracción minera. Dos modalidades de lixiviación in-situ, según la ubicación del mineral respecto del nivel freático: GRAVITACIONAL O FORZADA

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Debido a sus bajos costos de inversión es una técnica factible para la recuperación de metales de muy baja ley, no explotables económicamente por otros métodos.

3.1.3.2.

Lixiviación en Pilas

La lixiviación en pilas es el método hidrometalúrgico más importante en la extracción de cobre. El mineral de cobre es apilado, en alturas que usualmente superan los 7 metros, con áreas superficiales que van desde 0.1 a 1 km2. El lixiviante que contiene H2SO4 es aplicado en la superficie de la pila, desde donde percola a través del lecho mineral, disolviendo los minerales de cobre, para producir una solución enriquecida de cobre o PLS, que es colectada en una superficie inclinada e

impermeable que se

encuentra debajo de la pila, para ser transportada por medio de tuberías hasta la poza de soluciones ricas, y posteriormente a los circuitos de extracción por solventes y electro-obtención. 3.1.3.3.

Lixiviación de Precolación

Las partículas de mineral en el interior de un tanque o en el suelo y disolver el metal de interés. Generalmente, las partículas del mineral apto para este proceso deben tener un tamaño entre 6 y 9 mm. Es aplicada fundamentalmente a minerales de Cu, U, Au y Ag ya que son fácilmente solubles y presentan buenas 10

características de permeabilidad. El proceso puede durar de 2 – 14 días. Consiste en chancar previamente el mineral para después ser cargados en bateas en las que el mineral se sumerge en una solución ácida lixiviante. La batea posee un fondo falso cubierto con una tela filtrante la que permite la recirculación de las soluciones en sentido ascendente. 3.1.3.4.

Lixiviación por Agitación

La lixiviación por agitación se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de chancado, o cuando el mineral deseado está tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solución lixiviante. Es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y concentrados. Se recurre a la agitación mediante burbujeo o bien a la agitación mecánica para mantener la pulpa en suspensión hasta que se logra la disolución completa, siendo el tiempo de contacto de los sólidos con la solución del orden de horas comparado con el proceso de lixiviación en pilas que requiere meses

3.1.3.5.

Lixiviación Bacteriana

11

La biolixiviación o lixiviación bacteriana es un proceso natural de disolución, ejecutado por un grupo de bacterias que tienen la habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo la liberación de los valores metálicos contenidos en ellos. Por mucho tiempo, se pensó que la disolución o lixiviación de metales era un proceso netamente químico, mediado por el agua y oxígeno atmosférico. El descubrimiento de bacterias acidófilas, ferro y sulfooxidantes, ha sido primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catalizado biológicamente. En términos generales, se puede decir que la biolixiviación es una tecnología que emplea bacterias específicas para extraer un metal de valor como uranio, cobre, zinc, níquel o cobalto, presente en la mina o en un concentrado mineral. El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene metal en su forma soluble. 3.2.

LIXIVIACIÓN DEL COBRE

3.2.1. Objetivo de la lixiviación del cobre La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas.

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3.2.2. Proceso de Lixiviación 3.2.2.1.

Chancado

El material extraído de la mina (generalmente a rajo abierto), que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida.

3.2.2.2. El

Formación de la pila material

chancado

es

llevado

mediante

correas

transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila. 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 en los minerales oxidados. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta.

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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 infiltran a través del material. 3.2.2.3.

Sistema de riego

A través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas. El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre.

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Imagen 1: Diagrama de la lixiviación

Fuente: Mantell,1980 Comentario: Este diagrama presenta los pasos para la lixiviación del cobre desde la combinación del agua y del acido sulfúrico

Imagen 2: Proceso de Lixiviación

Fuente:Mantell,1980 Comentario: La imagen presenta el proceso de lixiviación del cobre donde se observa paso a paso, donde el mineral pasa por la correa transportadora

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3.2.2.4.

Reacciones química presente en la lixiviación

Imagen 3: Reacciones químicas en la lixiviación

Fuente:Mantell,1980 Comentario: Las reacciones son las representantes de la lixiviación del cobre, que describen el proceso, dando lo que se obtiene de la reacción de elementos.

3.2.2.5.

Procesos posteriores

Las soluciones líquidas (lixiviadas) pasan por otros procesos para que se separe el líquido de los minerales valiosos. En principio se busca eliminar las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas y que no tienen valor. Posteriormente, la solución enriquecida (la que tiene minerales valiosos) debe pasar por a la etapa de recuperación y concentración, para lo que se usa procesos de precipitación, extracción por solventes–electro obtención (SX-EW)2 , entre otros, dependiendo nuevamente del metal sólido que se quiera obtener.

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Este proceso, confirma que el sector minero hace uso de alta

tecnología,

requiere

de

un

estricto

diseño

y

planificación de acciones en su camino de alcanzar la eficiencia y rentabilidad, cuidando el ambiente.

Obtención del proceso de lixiviación De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas. Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extracción por solvente.

3.3.

APLICACIÓN INDUSTRIAL

3.3.1. Química La lixiviación es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.

Algunos ejemplos son:

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

El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente.



Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas (como los de soja y de algodón) mediante la lixiviación con disolventes orgánicos.



La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda. Dentro de ésta, tiene una gran importancia en el ámbito de la metalurgia, ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro, plata y cobre. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica.

3.3.2. Ecología También es aplicable el término en ecología para indicar el desplazamiento hacia los ríos y mares de los desechos y excrementos , además de otros contaminantes como pueden ser los fertilizantes; producido por el mismo proceso indicado para el fenómeno químico. Es considerado el fenómeno de desplazamiento de nutrientes siendo estos arrastrados por el agua, provocado este a su vez por la deforestación antropogénica (causada por el hombre).

Imagen 4 18

Fuente: https://www.google.com/imagenessearch?q=lixiviacion+quimi Comentario: En esta imagen se puede observar como la lixiviación a dañado los suelos y la vegetación. 3.3.3. Geología En la ciencia geológica se entiende como lixiviación al proceso de lavado de un estrato de terreno o capa geológica por el agua. Como también por placas ácidas encontradas en las sales que disuelven casi cualquier material sólido. Imagen 5

Fuente: https://www.google.com/search?q=lixiviacion+quimica& Comentario: En la imagen se observa un territorio en el cual se realizó una lixiviación con el fin de limpiarlo y eliminar desechos. 3.3.4. Agricultura

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En sistemas de riego, cuando este se hace con aguas con un importante contenido salino, se dosifica una cantidad mayor de agua que es estrictamente necesaria para las plantas, a fin de que, al percolar esta agua hacia los drenes, evite la acumulación de sales en el terreno, lo que podría ser negativo para las plantas. Esta cantidad adicional de agua se le denomina agua de lixiviado. Si se trata de riego de complementación, en zonas donde existe una precipitación anual razonable, el proceso de lixiviación de los suelos agrícolas se da en forma natural en los periodos de lluvia. Imagen 6

Fuente: https://www.google.com/search?q=lixiviacion+quimica&client=firef ox-b-ab&source= Comentario: En la imagen se ve que las lluvias producen la lixiviación de nitratos del suelo 3.3.5. Metalurgia extractiva Es también el proceso que se usa en la metalurgia, para trabajar los minerales principalmente oxidados. Desde un tiempo a esta 20

parte se realiza la lixiviación de minerales sulfurados de cobre mediante procesos de lixiviación bacteriana. En el caso de la lixiviación de los minerales de oro (óxidos) los diseños de los pads son de acuerdo a la morfología de la zona, de acuerdo a esto estaremos iniciando los detalles para la selección del tipo de Pad, ya sea pad reutilizable, expandible o el caso de lixiviación tipo valle. Imagen 7

Fuente: https://www.google.com/search?q=lixiviacion+quimica&client=firef ox-b-ab&source=Q_AUIB Comentario: En la imagen se puede ver como a través del calor se produce la lixiviación del cobre.

3.3.6. Lixiviación Hidrometalúrgica Este proceso está relacionado con la disolución química de las materias primas que se tratan para formar soluciones que contengan metales que han de recuperarse. Este proceso de lixiviación de elementos deseado se realiza de forma selectiva, 21

para poder separarlos del resto de materiales no deseados, los cuales quedan como residuos insolubles. Imagen 8

Fuente: https://www.google.com/search?q=lixiviacion+quimica&client=firef oxab&source8Q_AUIBigB&biw=1366&bih=657#tbm=isch&q=Lixivi aci%C3%B3n+Hidrometal%C3%BArgica&imgrc Comentario: En la imagen se precisa el instante en el que, gracias a la lixiviación, se separan los minerales de los desechos.

3.3.7. Biolixiviación Es el proceso en el que se da la lixiviación asistida por microorganismos, que cumplen el rol de catalizadores. La biolixiviación es una técnica usada para la recuperación de metales como cobre, plata y oro entre otros. Esta última aplicación también es conocida como biohidrometalurgia. Imagen 9 22

Fuente: https://www.google.com/search?q=lixiviacion+quimica&client=firef ox-b-ab&source8Q_AUIBigB Comentario: En esta imagen se visualiza como a través de microorganismos se puede recuperar cobre.

EXTRACCIÓN DE COMPONENTES

3.4.



Fabricación de café y té solubles



Colágeno



Goma



Pectina



Pectina

IMPACTO AMBIENTAL 23

Ninguna actividad industrial es tan agresiva ambiental, social y culturalmente como la minería de lixiviación con cianuro y la extracción a cielo abierto. por un solo gramo de oro o plata se tritura una tonelada de material removido y se ocupan dos toneladas de agua potable (que queda contaminada). La minería a cielo abierto remueve la capa superficial de la tierra (donde viven plantas y animales) para hacer accesibles los extensos yacimientos de mineral de baja calidad. los modernos equipos de excavación, las cintas transportadoras, la gran maquinaria, en ocasiones el uso de toneladas de explosivos, y las tuberías de distribución, permiten hoy remover y triturar montañas enteras en cuestión de horas. Sobre la materia extraída se usan aproximadamente diez mil kilos de cianuro al día para separar el metal. A la vez, el lixiviado con cianuro utiliza aproximadamente 100 millones de litros de agua potable al día, agua que se tomará de las fuentes y acuíferos locales. es decir: cada día se usará el agua equivalente al consumo promedio de 150,000 familias, para separar unos pocos gramos de plata. El agua utilizada, que resulta contaminada con tóxicos cancerígenos y metales pesados, se deposita en pilas llamadas diques de cola. Lixiviación de Oro: Este tipo de Lixiviación se caracteriza por utilizar cianuro, un elemento químico altamente contaminante y venenoso, puedes profundizar más al respecto (Lixiviación de Oro en montón, Lixiviación de oro en Pilas).

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Lixiviación de Cobre: El principal elemento contaminante de la lixiviación de óxido y sulfuro de cobre es el ácido sulfúrico, el cual en contacto con la tierra y el agua los envenena Imagen 10: Contaminación

Fuente: https://www.google.com/search?q=impacto+ambiental+de+la+lixiviaci on&client=firefox-bComentario: En la imagen se puede observar como la lixiviación dejo contaminados los suelos. Imagen 11

Fuente: https://www.google.com/search?q=impacto+ambiental+de+la+lixiviaci on&client=firefoxb 25

Comentario: En esta imagen se ve como la lixiviación contaminó los ríos. Imagen 12

Fuente: https://www.google.com/search?q=impacto+ambiental+de+la+lixiviaci on&client=ab&noj=1&source=lnms&t Comentario: En esta imagen se ve como quedo contaminada una zona en la cual se produjo una lixiviación

4.

CONCLUSIONES 4.1.

CONCLUSION GENERAL 

La lixiviación es usada en el área de metalurgia y química ya que por medio de este procesos podemos obtener y recuperar el mineral.

4.2.

CONCLUSIONES ESPECIFICAS 

Como pudimos observar, la lixiviación se puede aplicar en distintos ámbitos de la industria, desde la extracción de un mineral hasta eliminar desechos tóxicos del medio ambiente.

26



Estos procesos pueden ser muy efectivos, pero a su vez suelen ser dañinos o perjudiciales para la naturaleza, si no son aplicados con responsabilidad y con las medidas de seguridad necesarias pueden llegar a contaminar el aire suelo y medio acuático.

5.

RECOMENDACIONES 5.1.

RECOMENDACIÓN GENERAL

Se debe identificar nuestra materia prima para que podamos elegir correctamente la utilización del proceso de lixiviación 5.2.

RECOMENDACIONES ESPECÍFICAS

Se debe tener en cuenta los pasos a seguir para llevar a cabo un buen procedimiento ya que saltarnos pasos provocan a que podamos impactar el medio ambiente Asi como también la utilización correcta del método de lixiviación para que el producto que buscamos obtener sea el mas optimo

6.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Anon, (2017). [online] Available at: http://www.confiep.org.pe/facipub/upload/publicaciones/1/1152/la_lixi viacion_snmpe.pdf [Accessed 27 Apr. 2017].

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