Lixiviación de los minerales

Lixiviación de un mineral tostado de cobre y precipitación del cobre de la disolución por cementación
Objetivo
Determinar la influencia del tiempo en la velocidad de lixiviación de un mineral de cobre tostado, mediante
una disolución de H2SO4. Después el cobre se precipitará en la disolución obtenida mediante cementación.
Introducción teórica
La primera parte de la práctica está basada en la lixiviación, que es un proceso de extracción hidrometalúrgico
que exige una preparación previa del mineral. Este proceso puede ser de dos tipos:
• Físico: trituración. Nos sirve para poder reducir el tamaño del sólido.
• Químico: tostación, calcinación, fusión. Nos sirve para poder transformar los minerales en
compuestos solubles.
En esta práctica usaremos un mineral de cobre tostado, y queremos obtener el metal contenido en una mena de
forma selectiva. Para ello utilizaremos un producto químico como agente lixiviante. Este agente se elige por
una serie de factores a tener en cuenta: coste bajo, capacidad para lixiviar selectivamente, alta velocidad de
disolución del mineral, variedad de métodos por los que el metal puede ser recuperado, posibilidad de
recuperación y reutilización del agente lixiviante y acción corrosiva sobre los equipos.
La segunda parte de la práctica está basada en la cementación, que es la precipitación de un metal de un
determinado potencial de reducción a partir de las soluciones de sus sales, por otro metal a cementar.
En nuestro caso, la reacción de cementación del cobre es:
Cu2+ + 2 e− Cu Eo= 0,34V
2/n M 2/n Mn+ + 2e− Eo= 1,67 V
Cu2+ + 2/n M Cu + 2/n Mn+ Eo= 2,01 V
"G= −nFEo
Donde:
• n= número de e− q se intercambian
• F= 96500 C/mol
• Eo= 2,01 V
Si lo aplicamos vemos que tanto F como Eo y n son positivos, por lo que el "G nos dará menos que cero. Esto
nos indica que la reacción es espontánea.
Parte experimental
Parte A: Lixiviación
Se pesan 6g de un mineral de cobre tostado. Preparamos una disolución de H2SO4 al 2% de 250ml (será
nuestra disolución de lixiviación), luego esta disolución la llevamos a un vaso de precipitados de 500ml.
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Después le añadimos el mineral de cobre tostado y lo dejamos lixiviar con agitación constante durante 30 min.
a temperatura ambiente.
Mientras que la reacción tiene lugar, deberemos de tomar cada cierto tiempo una muestra de la lixiviación de
3 ml. La tomaremos, partiendo del tiempo cero, a los 2, 5, 10 y 30 min. Estas muestras se toman en un tubo de
ensayo, y filtrándola previamente con un tubo de pliegues. El filtro de pliegues tiene que ser pequeño, ya que
si es muy grande, no se filtraría la gran parte de los 3 ml.
De estos 3 ml, cogemos uno, y lo llevamos aun erlenmeyer de 250 ml y lo diluimos hasta, aproximadamente
100 ml. Luego, con un pHmetro ajustamos el pH entre 7 y 8. Para ello: Si el pH<2 añadimos con una pipeta
pasteur y gota a gota NH4OH, controlando el pH en todo momento hasta que llegue al intervalo deseado. Si el
pH>2 lo ajustaremos con una disolución 1M de NH4Cl y 1.5 ml de una disolución de NH4OH (que es un
tampón de pH=8).
Ph de nuestras muestras:
Muestra (min)
2
pH
2
5
2,04
10
2,16
30
2,37
En todas nuestras muestras, hemos utilizado la disolución tampón para ajustar el pH.
Luego, a cada una de estas disoluciones, se les añade una punta de espátula del indicador murexida. La
disolución toma un color amarillo verdoso. Después lo valoramos con EDTA 10−2 M, y en el punto de
equivalencia, el indicador virará a rosa−púrpura.
Datos de las valoraciones:
Muestra (min)
2
EDTA 10−2 M gastado
7,7 ml
5
10,8 ml
10
12,1 ml
30
15,1 ml
Calculamos la concentración de Cu en la disolución de lixiviación en cada uno de los tiempos:
M(EDTA)*V(EDTA)=M(Cu)*V(disol deCu)
M (EDTA)= 10−2M
V (disol Cu)= 100 ml
V(EDTA)= tabla de arriba
Muestra (min)
[Cu] (M)
2
2
0,077
5
0,108
10
0,121
30
0,151
Parte B: Cementación
Cuando hayan transcurrido 30 min, filtramos la reacción de lixiviación sobre un filtro de pliegues y en un
erlenmeyer de 250 ml. Después, medimos sobre una probeta de 250 ml, el V de nuestra disolución. Nos da un
volumen de 230 ml. Después pasamos la disolución de nuevo al erlenmeyer y le añadimos una punta de
espátula de NaCl.
Cogemos tres placas de aluminio, las lijamos, limpiamos y pesamos: 2,56g. Lo siguiente es introducir las
placas en la disolución y calentar la mezcla hasta que tenga lugar la cementación del cobre. Para identificar
este proceso, observaremos un cambio de color: la disolución en principio azul, se pondrá grisácea.
Terminado el proceso de cementación, separamos la disolución del precipitado y las placas de aluminio. El Cu
cementado y las placas se meten en el horno un día entero para secarlo de manera eficaz. La disolución se
desecha.
Cuando haya transcurrido un día pesamos el Cu y las placas de Al:
Placas de Al 1,72g
Cu cementado 2,49g
Cuestiones
1− Comparar el efecto del tiempo de lixiviación en la velocidad de disolución del cobre.
2− Calcular el consumo de chatarra de aluminio por gramo de cobre precipitado. Compararlo con el
consumo teórico.
Cu teórico:
Cu2+ + 3/2 Al Cu + 3/2 Al3+
g (Al)= mol*PM= 1,5*27= 40,5g teóricos de Al
g (Cu)= mol*PM= 1*63,55= 63,55 g teóricos de Al
Consumo de Al por g de Cu: 40,55g/63,55g= 0,64 g de Al/Cu teóricos
Cu experimental:
Cu pesado= 2,49 g
Al inicial pesado= 2,56g
Al final pesado= 1,72 g
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Al reaccionado= 0,84g
Consumo de Al por g de Cu: 0,84/2,49= 0,34g de Al/Cu
Si los comparamos vemos que el consumo de Al por g de Cu cementado práctico es casi la mitad del que, en
teoría, nos tendría q salir. Esto es debido a que existen reacciones secundarias del Cu con el hidrógeno.
3− Calcular el porcentaje de Cu recuperado por cementación de la solución de lixiviación.
Calculo los g de Cu que debería de haber obtenido. En 230 ml tengo una concentración de Cu del 0,151 M.
M=mol/V mol= M*V; mol= g/PM g=M*V*PM= 0,151*0,23*63,55
g de Cu teóricos= 2,21g
g de Cu obtenidos= 2,49g
Los g de Cu obtenidos son mayores que los teóricos. Si hacemos el porcentaje nos dará un valor de más de un
100% de rendimiento. Esto no puede ser, ya que es imposible que obtengamos más producto del teórico. La
explicación a este fenómeno, es que nos han precipitado otras impurezas que no son el Cu, y nos han
aumentado la masa del Cu obtenido, dándonos dicho valor erróneo.
4− Calcular el potencial de la celda durante el proceso de cementación justificando la espontaneidad de
la reacción.
Cu2+ + 2 e− Cu Eo= 0,34V
2/n M 2/n Mn+ + 2e− Eo= 1,67 V
Cu2+ + 2/n M Cu + 2/n Mn+ Eo= 2,01 V
"G= −nFEo
Donde:
• n= número de e− q se intercambian
• F= 96500 C/mol
• Eo= 2,01 V
Si lo aplicamos vemos que tanto F como Eo y n son positivos, por lo que el "G nos dará menos que cero. Esto
nos indica que la reacción es espontánea.
5− Establecer el diagrama de flujo del proceso y comentarlo brevemente.
Preparación de la mena Lo hacemos mediante un proceso químico: la tostación.
Lixiviación Disolvemos el metal en un agente lixiviante, en este caso, el agente que utilizamos es una
disolución de H2SO4 al 2%.
Purificación Hemos utilizado la cementación
Precipitación Este paso va ligado al anterior, obtenemos el metal en estado sólido
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Metal Después del paso anterior, filtramos el metal, lo secamos y lo pesamos, y ya obtenemos el metal
deseado, en nuestro caso el Cu
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