Lixiviación. Operaciones preparatorias

Lixiviación. Operaciones preparatorias
1. Físicas: Trituración y molienda
2. Químicas
a. Tostación oxidante. Ejemplo: minerales sulfurados de cinc
b. Tostación sulfatante. Ejemplo: minerales sulfurados de cobre
c. Tostación clorurante. Ejemplo: minerales de plata
d. Tostación de menas refractarias. Ejemplo: minerales de oro y plata
e. Calcinación en medio alcalino. Ejemplo: minerales de aluminio
f. Calcinación reductora. Ejemplo: Lateritas de níquel
Lixiviación in situ: yacimiento subterráneo
Lixiviación in situ: mina antigua explotada
Lixiviación estática en vertedero
Lixiviación estática en montones
Parámetros de funcionamiento de dos operaciones de lixiviación heap sobre
minerales de cobre
Composición del mineral
% de Cu soluble
Tamaño del mineral
Todo uno
Detalles del montón
Base
Altura de módulo, m
No. máximo de módulos
Área por montón, m2
Área total bajo lixiviación, m2
Vel. de construcción, t.día-1
Detalles de la disolución
Flujo total lixiviante, m3.min-1
H2SO4 en lixiviante, kg.m-3
Cu en lixiviante, kg.m-3
Fe2+ en lixiviante, kg.m-3
Fe3+ en lixiviante, kg.m-3
H2SO4 en sol. fértil, kg.m-3
Cu en sol. fértil, kg.m-3
Detalles de la lixiviación
Caudal de riego, m3/m2/día
Tiempo de lixiviación, meses
Programa de lixiviación
Consumo total de H2SO4
Magma Copper Co.
San Manuel, AZ,
EE UU
Crisocola
0,45
Chino Mines Co.
Santa Rita, NM,
EE UU
Calcosina
0,3
90% - 10 cm
60% - 15 cm
Polietileno de alta
densidad
3
25
12.000
200.000
27.000
Suelo o arcilla
60
15
0,1
0,25
2,25
8-10
1,5-2
50
7
1
0,4
1,3
Lixiv. con H2SO4
fuerte
Maduración de 4 días
Lixiv. con H2SO4
fuerte
Maduración de 3 días
Lixiviación con
refinado
1,7 t/t cátodo de Cu
9
30.000
400.000
100.000
1,6
3-4
2-4
0,1-0,3
4
Lixiviación en estanques
Reactor agitado de lixiviación y agitadores de hélice y paleta plana
Autoclave para la lixiviación a presión
Reactor Pachuca de lixiviación
Comparación de los distintos métodos de lixiviación aplicados al tratamiento de
las distintas materias primas del cobre
Método de
lixiviación
Mineralización
Montones
Heap
Sulfuros
secundarios
0,2 - 1
Montones
Dump
Esencialmente
calcopirita
menos de 0,2
In situ
Estanques
Agitación
Todos
Minerales
oxidados
1-2
50
Minerales
oxidados
20 - 40
(concentrados)
50 - 100
20 - 40
30 - 50
5 - 10 días
2 - 5 horas
6 - 12
estanques
500 t de
concentrado
por día
50
100-200
0,05.106
0,2.106
% Cu en el
más de 0,5
mineral
5 - 15
30
H2SO4 en
pH≅2
lixiviante
(g.L-1)
1-5
0,2
5
Cu en
disolución fértil
(g.L-1)
Hasta
Tiempo de
Desde varios Hasta décadas
décadas
lixiviación
meses a
varios años
105-106 m2
Módulos de 3
200 m3 de
Tamaño
5
6
representativo a 9 m, 10 -10 Montones de lixiviante por
de la operación
hora
m2 de
hasta 100 m
superficie
total de
lixiviación
10 - 200
20
20
Cu lixiviado
(t.día-1)
0,7.106
Producción
0,05.106
0,05.106
mundial de Cu
a través del
método
(t/año)
Bauxitas: Gibbsita [Al(OH)3], Diaspora [AlO(OH)], Bohmita [AlO(OH)]
Al ( OH )3 + NaOH → NaAlO2 + 2 H 2O
AlO ( OH ) + NaOH → NaAlO2 + H 2O
NaAlO2 + 2 H 2O → Al ( OH )3 + NaOH
Proceso Bayer para la obtención de alúmina
Mecanismo electroquímico de lixiviación de sulfuros
Características
1. El sólido es un semiconductor
2. Se produce una transferencia electrónica entre el sólido y las especies químicas en
disolución
3. La disolución del sólido y la transferencia electrónica ocurre en lugares distintos de
aquel
4. Las reacciones redox ocurren simultáneamente pero con un mecanismo cinético
distinto
5. La velocidad de disolución es una función compleja de la concentración de los
reactantes
6. La cinética de las reacciones está influenciada por la estructura cristalina del sólido y
por defectos en su red:
a. Impurezas en solución sólida
b. Presencia de distintas fases minerales (pares galvánicos)
c. Distintos iones en disolución
Orbitales atómicos y moleculares del ZnS
Esquema de distribución de bandas en el ZnS
Niveles energéticos en el ZnS puro y contaminado con hierro
Disolución de la esfalerita por formación de un par galvánico con la pirita
Potenciales de reposo de distintos sulfuros a pH 4
Mineral
Potencial de reposo
(V)
Pirita
+0,66
Marcasita
+0,63
Calcopirita
+0,56
Esfalerita
+0,46
Covelita
+0,45
Bornita
+0,42
Galena
+0,40
Argentita
+0,28
Estibnita
+0,12
Molibdenita
+0,11
Acción catalítica de iones
CuFeS2 + 4 Ag + → 2 Ag 2 Ssup + Cu 2+ + Fe 2+
Ag 2 Ssup + 2 Fe3+ → 2 Ag + + 2 Fe2+ + S 0
Condiciones
1. Los iones deben activar al cristal del sulfuro fijándose en la superficie de éste y
liberando iones formadores del sólido inicial
2. El catalizador debe formar un par que participe en el mecanismo electroquímico de
disolución del sulfuro
3. El catalizador debe aumentar la rugosidad de la superficie (áreas catódicas) y, por
tanto, la velocidad del proceso
Potenciales redox de reactivos oxidantes
Procesos de lixiviación oxidante
Sistema
Procesos que utilizan directamente oxígeno
Lixiviación cianurante de Au y Ag
Lixiviación de Cu y sus chatarras
Lixiviación in situ de minerales de U
Lixiviación a presión de minerales de U
Lixiviación a presión de minerales sulfurados
Procesos que utilizan sales férricas
Lixiviación con sulfato férrico de minerales de U
Lixiviación con cloruro férrico
Lixiviación bacteriana
Lixiviación electrooxidante
Procesos que utilizan directamente la oxidación anódica
Procesos que utilizan cloruro cúprico
Procesos que utilizan cloro
Reacción catódica
O2 + 2 H 2O + 4e − → 4OH −
Fe3+ + 1e − → Fe 2+
Normalmente, deposición de un metal
Cu 2 + + 1e − → Cu +
Cl2 + 2e − → 2Cl −
Lixiviación oxidante. Ejemplos de aplicación industrial
Lixiviación de minerales de oro y plata
Proceso anódico:
4 Au + 8CN − → 4 Au ( CN )2 + 4e −
Proceso catódico:
O2 + 2 H 2O + 4e − → 4OH −
Proceso global:
4 Au + 8CN − + O2 + 2 H 2O → 4 Au ( CN )2 + 4OH −
−
−
Lixiviación de minerales de uranio con ganga básica
UO2 + HCO3− → UO2 HCO3 + 1e −
Proceso anódico:
UO2 HCO3 + OH − → UO2CO3 + H 2O + 1e −
UO2CO3 + 2CO32− → UO2 ( CO3 )3
4−
Proceso catódico:
O2 + 2 H 2O + 4e − → 4OH −
Proceso global:
2UO2 + 2 HCO3− + 4CO32− + O2 → 2UO2 ( CO3 )3 + 2OH −
4−
Lixiviación de minerales de uranio con ganga ácida
Proceso anódico:
UO2 → UO2 2+ + 2e −
Proceso catódico:
Fe3+ + 1e − → Fe 2+
Proceso global:
UO2 + 2 Fe3+ → UO2 2+ + 2 Fe 2+
Regeneración del hierro férrico:
2 Fe 2+ + MnO2 + 2 H 2 SO4 → Mn 2+ + 2 Fe3+ + 2 SO4 2− + 2 H 2O
Microorganismos con capacidad biolixiviadora
Microorganismo
Morfología
Temperatura Fuente de
óptima (º C) energía
Mesófilos
Acidithiobacillus ferrooxidans
Acidithiobacillus thiooxidans
Leptospirillum ferrooxidans
Ferroplasma sp.
Cilíndrica
Cilíndrica
Cilíndrica
curvada
Irregular
25-40
25-40
30-40
Fe/ S
S
Fe
35-40
Fe
Termófilos moderados
Sulfobacillus
thermosulphidoooxidans
Acidithiobacillus caldus
Acidimicrobium ferrooxidans
Cilíndrica (forma 50
esporas)
Cilíndrica
45
Cilíndrica
45-50
Fe/ S
S
Fe / S?
Termófilos extremos
Sulfolobus metallicus
Metallosphaera sedula
Acidianus brierleyi
Redonda irregular 60-70
Redonda irregular 65-75
Redonda irregular 70
Fe/ S
Fe/ S
Fe/ S
Mecanismos directo e indirecto de biolixiviación
Mecanismo directo
3
2−
MS + O2 + H 2 O ⎯bacteria
⎯ ⎯→ M 2+ + SO4 + 2 H +
2
7
2−
FeS 2 + O2 + H 2 O ⎯bacteria
⎯ ⎯→ Fe 2+ + 2SO4 + 2 H +
2
Mecanismo indirecto
MS + 2 Fe 3+ → M 2+ + S + 2 Fe 2+
FeS 2 + 14 Fe 3+ + 8H 2 O → 15Fe 2+ + 16 H + + 2 SO4
2−
1
2 Fe 2+ + O2 + 2 H + ⎯bacterias
⎯⎯
⎯→ 2 Fe 3+ + H 2 O )
2
3
2−
S + O2 + H 2 O ⎯bacterias
⎯⎯
⎯→ 2 H + + SO4
2
Mecanismo
del polisulfuro
Mecanismo
del tiosulfato
3+
Fe
Af, Lf
Fe
3+
H
MS
Af, Lf
MS
+
Fe2+
Fe2+
M2+ + Sn 2(Af, At)
M2+ + S2 O3 2-
S8
(Af, At)
2-
SO4 + H
Af, At
SO42-
+
Mecanismos indirectos en la biolixiviación de sulfuros. Af = A. ferrooxidans; Lf =
L. ferrooxidans; At = A. thiooxidans
Mecanismo del tiosulfato (pirita, molibdenita y volframita)
2−
FeS 2 + 6 Fe 3+ + 3H 2 O → S 2 O3 + 7 Fe 2+ + 6 H +
2−
S 2 O3 + 8 Fe 3+ + 5 H 2 O → 2 SO4
2−
+ 8 Fe 2+ + 10 H +
Mecanismo del polisulfuro (calcopirita, esfalerita, galena, etc.)
MS + Fe 3+ + H + → M 2+ +
1
H 2 S n + Fe 2+
2
1
1
H 2 S n + Fe 3+ → S 8 + Fe 2+ + H +
2
8
1
3
2−
S 8 + O2 + H 2 O → SO4 + 2 H +
8
2
(n ≥ 2)
Biolixiviación. Ventajas y desventajas
Ventajas
1. Ausencia de contaminación atmosférica
2. Consumos energéticos reducidos
3. Bajo consumo de reactivos
4. Bajos costes de operación
5. Posibilidad de tratamiento de marginales
6. Flexibilidad en cuanto al tamaño de las instalaciones
7. Fácil separación del hierro en forma de jarositas
Desventajas
1. Producción de disoluciones diluidas
2. Generación de efluentes ácidos
3. Velocidades lentas
Aplicaciones industriales
•
Minerales sulfurados de cobre
•
Minerales oxidados de uranio
•
Minerales refractarios de oro y plata
•
Minerales sulfurados de níquel y cobalto
•
Desulfuración de carbones