INGIENERIA METALURGICAINFORME PRACTICO 3 DE LABORATORIO DE METALURGIA EXTRACTIVA IIPROCESO PARA RECUPERACION DE METALES: CRISTALIZACION Y CEMENTACIONI. Objetivos:Conocer los procesos de cementacion y cristalizacion de obtencion de metales como etapa final de los procesos hidrometalurgicos.

II. Introduccion:En los diagramas de flujo de procesos hidrometalurgicos la ultima etapa es la concentracion al proceso de recuperacion del metal en su estado elemental o formando un compuesto de aplicacin cono cida. Las tecnicas que permiten lograr este objetivo tarbajando con soluciones de lixiviacion enriquecidas en un metal valiosos son:1. Obtencion del compuesto del metal valioso del metal: Cristalizacion Precipitacion ionica Reduccion con gas2. Obtencion del metal valioso mediante: Reduccion con gas Reduccion electroquimica Reduccion electroliticaLa precipitacion ionica es muy utilizada para obtener los metales en forma de sulfuros e hidroxidos. Un ade las principales aplicaciones es del separar el hierro de soluciones lixiviantes ricas en zinc o cobre formando para ello uno de los iguientes compuestos: goetita(FeOH), sulfato basico(H2O(Fe3(SO4)2(OH)4), la familia de compuestos de la jarosita, (MFe3(SO4)2(OH)4, M:Na+,K+,NH4+,Ag+,Pb) o como hematita(Fe2O3)En la reduccion con gas H2 se pueden obtener los metales puros como el Cu a todo valor de pH y el NI hasta valores de pH 5.2 1 atm de presion y en el caso de metales reactios como el U, V, Mo, W es imposible obtener los metales puros correspondientes, sino se obtiene sus correspondientes oxidos.En la reduccion electroquimica tenemos el proceso de cementacion conocida desde varios siglos, mediante la obtencion de cobre por precipitacion con chatarra de hierro o la obtencion de oro por precipitacion con Zn. Equipo industriales utilizados para la cementacion de cobre son: filtros de gravedad, filtros activados, precipitadores de tambor y precipitadore conicos.En la reduccion electrolitica tenemos los procesos de electrodepocision y electrorefinacion de cobre, zinc y oro.a) Cristalizacion:Se define como el proceso fisico de separacion de una sal en su forma cristalina de un asolucion acuosa. Las tres etapas basicas involucradas en un proceso de cristalizacion son:i. Supersaturacion:Una sal de un metal cristalza de una solucion acuosa solamente cuando la solubilidad de la sal es excedida, es decir la cristalizacion solo se inicia de soluciones que se encuentran supersaturadas. La solubilidad de cualquier sal, independientemente de si es anhidra o hidratada, se expresa en partes de peso del soluto anhidrido por 100 partes en peso del solvente, en los proceso estudiados normalmente el solvente es el agua. Si analizamos la solubilidad de las pocas sales mas comunes tratadas en los pocesos hidrometalurgicos.(tabla 1 y tabla 2), veremos que la tendencia de la solubilidad con la temperatura es directamente proporcional, es decir mayor temperatura, mayor solubilidad, limitando esto necesariamente la temperatura de ebullicion de la solucion.

El comporatmiento de la solubilidad por encima del punto de ebullicion de las soluciones a presiones elevadas es diferente a la explicada para la etapa de pre-ebullicion . ka solubilidad maxima es alcansada a temperaturas cercanas a la de ebullicion de cada una de las soluciones de sulfato de CU, Ni y Fe, para que una ves superarada esta temperatura la solubilidad decline notablemente. Estos dos comportamientos sugieren dos tipos de procesos para alcanzar la cristalizacion de una mezcla de sales de sulfato de CU, Ni y Fe. Un primer proceso que consistia en calentar autoclavos(presion de 0.1-1.2MPa) a temperatura entre 1200c y 2000c la solucion y obtener una precipitacion cuantitativa de cad una de las sales que conforman la mezcla. Un segundo proceso, que es el mas comunmente utilizado, consiste en alcanzr el estado de supersaturacion de la solucion por evaporacion del agua elevando la temperatura, para luego dejar enfriar a temperatura ambiente y conseguir el efecto de cristalizacion.

ii. Nucleacion de cristales:Para que se pueda producir el crecimiento de cristales en una solucion supersaturada es necesaria que contenga un numero minimo de particulas solidas, a estas se le denomina nucleos, por ello una de las maneras de conseguir una rapida cristalizacion, se logra sembrando unos cuantos cristales del compuesto deseado en la solucion supersaturada.TABLA 01:valores de producto de solubilidad de los dieferntes carbonatos y sulfuros.carbonatoKsLog KssulfuroKsLog Ks

CaCO36.03E-09-8.22Ag2S1.95E-51-50.71

MgCO33.47E-08-7.46CdS7.94E-26-25.10

Ag2CO37.96E-12-11.10CuS1.58E-37-36.80

CdCO31.82E-14-13.74Cu2S5.01E-46-47.30

ZnCO31.00E-10-9.63ZnS2.00E-25-24.70

FeCO32.09E-11-10.68MnS3.16EE-11-10.50

MnCO35.01E-10-9.30NiS3.98E-20-19.40

NiCO31.35E-07-6.67PbS3.16E-28-27.50

PbCO37.41E-14-13.13

TABLA 2: valores de producto de solubilidad de los diferentes hidroxidos y cloruroshidroxidoKsLog KsClorurosKsLog Ks

Ca(OH)26.46E-08-5.19AgCl1.82E-10-9.74

Mg(OH)27.08E-12-11.15CuCl1.86E-07-6.73

Ag(OH)1.95E-08-7.71PbCl21.66E-05-4.78

Cd(OH)24.47E-15-14.35

Cr(OH)31.58E-30-29.80

Cu(OH)24.79E-20-19.32

Zn(OH)23.47E-17-16.46

Fe(OH)27.94E-16-15.10

Fe(OH)31.58E-39-38.80

Mn(OH)21.58E-13-12.80

Ni(OH)26.31E-16-15.20

iii. Crecimiento de los cristales:Despues de la nucleacion, se produce el crecimiento de los cristales alrededor de estos nucleos, tornandose estos mas visibles. Esta es de vital importancia por sus implicaciones comerciales, normalmente se requiere que los cristales a obtener sean granulares o prismaticos, de manera que sean fluidos y no se aglomeren entre si. Por ello deben controlarse los siguientes parametros en estos procesos: la velocidad de enfriamieto y/o evaporacion, el grado de supersaturacion, el pH de la solucion y el nivel de impurezas que actuan como modificadores del habitat de crecimiento de los cristales, todo estos parametros influiran notoriamente en la forma, tamao, distribucion de tamao y fluidez de los cristales.

b) Precipitacion ionica:Se define como el proceso por el cual el ion metalico presente en solucion es hecho reaccionar para formar un compuesto metalico insoluble o de muy baja solubilidad en medio acuoso y de esta manera se produce la precipitacion del mismo. Generalmente se obtienen hidoxidos, sulfuros carbonatos, haluros, oxalatos, peroxidos, fostfatos y oxometalatos.

c) Reduccion con gas: Este proceso consiste en obtener el metal en su estado elemental mediante una reaccion de oxido reduccion utilizando gases como H2,S2 o CO con el ion metalico presente en una solucion acuosa. En el caso de meatales mas activos como U, V, Mo y W se obtienen sus oxidos sorrespondientes:

Reduccion con H2:

M2++H2M+2HUO2(CO3)34-+H2UO2 + 2HCO3 + CO32+

Reduccion con CO:

M2+ + CO + H2 M + CO2 + 2H+

Reduccion SO2:

SO2 + H2O H+ + HSO3

CU2+ + HSO3 + H2O Cu + HSO4 + 2H

H2SeO3 + H2O + 2SO2 Se + H2SO4

d) Reduccion electroquimica cementacion de metales:Este proceso consiste en obtenr el metal en su estado elemetal mediante una reaccion de oxido reduccion espontanea utilizando para ello otro metal el cual se disuelve anodicamente, mientras que el metal valioso en solucion es descargado catodicamente, de manera generica se puede escribir la reaccion de esta manera:MIn+ + M2 MI + M2n+

Esta reccion total es en realidad la suma de una serie de reacciones de microceldas electroliticas en corto circuito. Electroquimicamente la reccion ha finalizado en el sentido que los electrones no fueron intercambiados de la superficie externa del solido M2, sino mas bien por un atransferencia electrones del interior del solido hacia la superficie externa del solido M2 debiendo por lo tanto producirse la difusion de los iones M2n+ hacia la solucion y de los electrones para que los iones M2n+ puedan reducirse y cementarse sobre el metal M2+, esto hace inprescidible la conductividad o semi conductividad del metal solido M2, por ello se considera que los electrodos se encuentran separadas por una distancia finita arbitraria.

La elecion del metal M2 para cementar M1 se fundamenta en su posicion relativa en la serie de fuerza electromotriz (fem): los metales que opcupan las posiciones mas altas en la serie fem (mas electropositivos) pueden precipitar a los metales ubicado en la parte ineferior de la serie fem.

III. Parte experimental:a) Material, equipo y reactivos: 1 vaso de precipitado Clavos

baguetaluna de reloj

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b) Solucion a utilizar:Soluciones enriquecidas como producto de la lixiviacion de minerales de oxidados de cobre.c) Procedimiento experimental:i. Cristalizacion:De un matraz de 500 ml de lixiviacion enriquecida en cobre y mediante agitacion magnetica y calentando .Tomar 100 ml de la muestra original luego su respectivo filtrado para eliminar particulas innecesarias

llevar a 100 ml luego de dejar enfriar, observar los cristles formados, filtrar, pesar y efectuar el balance de masas de acuerdo a la concentracion inicial de la solucion proporcionada (15g/L de Cu)datos iniciales:papel filtro:0.8730 gpeso del fe : 4.9724 gpeso del vaso: 109,03g

ii. Cementacion:

Luego de Tomar 100 ml de la solucion de lixiviacion enriquecida en cobre (15g/L). Primero pesamos 5 gr de clavito; los cuales lo limpiamos su oxido con acido muriatico dentro den un matraz median undeterminado tiempo

Luego de eso los clavos lo pasamos a la luna de reloj

Luego esperamos a que se sequen lo clavos y lo echamos en la solucion de 100 ml y esperamos que los clavitos agan efecto en la solucion.

Luego obsrvamos como cambia la solucion a un color marron y luego separamos la parte liquida del precipitado en una matraz.Leugo sacamos los clavitos de la solucion y esta con el precipitado del cu.

DATOS FINALES : peso del precipitado de cobre = 1,64gPeso de clavos mas papel = 5,75gPeso final de clavos = 2,48Ley del cobre = Eficiencia del Cu =

d) CUESTIONARIO:

I. Qu efecto tiene la sobresaturacion sobre la cristalizacion? a que se debe este efecto?Tienes efecto tanto en formacion de los cristales como en su crecimientoEsto se debe a q relativamente es facil de preparar una solucion que contenga mas solido disuelto que el representado por la condicion de saturacion, en este caso se dice que que la solucion esta sobresaturada

No tendria una buena cantidad de porcentaje de minaral que se quiere obtener.

II. hay diferencia ente el peso de CuSO45H2O cristalizado teorico y real?a que se debe esto?

Se debe amuchos factores ya que las medidas a la hora de prepara las solcuines no pueden ser muy exatas; por cual se debe tomar en cuenta un peso aproximado de forma deducida. Siempre hay un margen de error minimo y eso afecta al porcentaje de disolucion requerida.

III. el agitar la solucion durante a cristalizacion, tendria algun efecto sobre la cristalizacion o sobre los cristales obtenidos? Explique

Si, ya que la cristalizacion obtenida se diluiria con la solcuion puesto que los cristales van a desaparecer y se romperia los enlaces de cristal y otra ves Para si poder filtrarlo correctamente.

IV. usted cree que el hierro presente en solucion ha crsitalizado?estara presente de alguna manera en los cristales obtenidos? Explique su respuesta

Si, pero no totalmente ya que nosotros queremos que el hierro no este en el mineral que queremos que este diluido para asi obtener el metal de cobre haciendo el otro paso reqerido para obtenerlo

V. existe variacion en la densidad y el color en la soluciones residuales de las diferentes pruebas?a que se debe esto? Explique

Si, se debe a las diferentes reacciones que dan en la cementacion entre la solcuion acida y el hierro

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